功率半導體器件利用高低溫濕熱試驗箱做穩(wěn)態(tài)濕熱高壓偏置試驗
本標準給出了功率半導體器件穩(wěn)態(tài)濕熱高壓偏置試驗方法,用以評價非氣密封裝的功率半導體器件在高溫高濕環(huán)境下耐受高電壓的可靠性。
本標準不但適用于硅功率器件,也適用于碳化硅及氮化家功率器件。
下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注明日期的引用文件,僅注明日期的版本適用于本文件。凡是不注明日期的引用文件,其新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。
GB/T2423.50環(huán)境試驗第2部分:試驗方法試驗Cy:恒定濕熱主要用于元件的加速試驗。
IEC-5半導體器件―機械和氣候試驗方法—第5部分:穩(wěn)態(tài)濕熱偏置壽命試驗(Semiconductordevices—Mechanicalandclimatictestmethods—Part5:Steady-statetemperaturehumiditybias
lifetest)
該項試驗通過施加高溫和高濕度條件,加速水汽穿透外部保護材料(如環(huán)氧外殼或硅膠保護層)或者外部保護材料和器件金屬管腳的交界面。
高溫水汽一旦穿透器件外殼或外殼與器件管腳的交界面,到達芯片表面,就會在高電壓的作用加速芯片的劣化。
本試驗屬于破壞性試驗。
4.1高低溫濕熱試驗箱
的參數(shù)應滿足下列要求:
a)應滿足表1中給出的溫度和相對濕度條件,并至少保持2000小時不間斷;
b)在上升到規(guī)定的試驗條件和從規(guī)定的試驗條件恢復到常溫過程中,高低溫濕熱試驗箱應能夠提供受控的溫度和相對濕度條件;
c)高低溫濕熱試驗箱應經(jīng)過計量,溫度的允許偏差小于±2℃,濕度的允許偏差小于±5%RH;
d)高低溫濕熱試驗箱內(nèi)產(chǎn)生的冷凝水應不斷排出,且不能重復利用;
e)冷凝水不允許滴落在試驗樣品上;
f)高低溫濕熱試驗箱要具備與外界的電氣連接接口。
4.2高壓直流電源
a)直流電源的輸出電壓不低于受試器件額定電壓的80%;b)直流電源應經(jīng)過計量,輸出電壓允許偏差±2%。
4.3加濕用水
a)應使用室溫下電阻率不低于1×105Ω·cm的蒸餾水或去離子水,PH值應在6.0~7.2之間。
b)在將水裝入加濕器之前,應對高低溫濕熱試驗箱內(nèi)部各部分(包括安裝在高低溫濕熱試驗箱內(nèi)的夾具)進行清洗;每次試驗后,應將加濕器和高低溫濕熱試驗箱中的水全部清洗干凈。
4.4小污染物釋放
為了減少試驗設備本體及箱體內(nèi)其他輔助裝置在高溫高濕環(huán)境下產(chǎn)生的污染物對受試樣品的影響,避免非濕熱因素造成的腐蝕,應認真選擇所用到的試驗裝置的材質(zhì),如應選擇在高溫高濕環(huán)境下性質(zhì)穩(wěn)定的材料來制造老化板、測試工裝及散熱器,避免這些裝置釋放有害物質(zhì)對被試樣品造成污染。
4.5受試器件擺放
受試器件在高低溫濕熱試驗箱內(nèi)的擺放位置應盡可能不影響箱內(nèi)的空氣流動,從而使得箱體內(nèi)的溫度和濕度保持均勻。
4.6避免高壓放電
為了避免試驗過程中發(fā)生高壓放電,被試樣品施加偏置電壓的端子之間應保持足夠的安全距離,如果無法擴大距離,則要采取其他絕緣措施。
4.7器件發(fā)熱控制
由于本試驗需要施加高壓偏置,受試器件的漏電流會比施加低壓偏置時高,由此產(chǎn)生的功耗會使內(nèi)部芯片溫度升高。當芯片溫度高于高低溫濕熱試驗箱環(huán)境溫度<5℃時,受試器件可以不用安裝散熱器。即使安裝散熱器,芯片溫度仍然超過高低溫濕熱試驗箱環(huán)境溫度5℃或5℃以上,應把芯片溫度與試驗環(huán)境溫度的差值記錄在試驗結(jié)果中,加速的失效機理將受到影響。
試驗條件由溫度、相對濕度、偏置電壓以及施加偏置電壓的持續(xù)時間組成。嚴酷等級由試驗持續(xù)時間決定。除非另有規(guī)定,應從表1中給出的持續(xù)時間中選取嚴酷等級。
受試器件應以一定的方式安裝、暴露在表1規(guī)定的溫濕度環(huán)境中,并施加規(guī)定的偏置電壓。器件應避免暴露于過熱、干燥或?qū)е缕骷凸ぱb夾具上產(chǎn)生冷凝水的環(huán)境中,尤其在試驗應力上升和下降過程中。
6.1預處理
適用時,應按照相關標準進行預處理。
6.2初始檢測
試驗樣品應按照相關標準規(guī)定,進行外觀檢查和電氣參數(shù)測試。
6.3上升
達到穩(wěn)定的溫度和相對濕度的時間應少于3h。通過保證在整個試驗時間內(nèi)高低溫濕熱試驗箱的干球溫度超過濕球溫度來避免產(chǎn)生冷凝。
6.4下降
下降時間應不超過3h。通過保證在整個試驗時間內(nèi)高低溫濕熱試驗箱的干球溫度超過濕球溫度來避免產(chǎn)生冷凝。
6.5器件內(nèi)部濕氣穩(wěn)定時間
由于濕氣穿透器件外殼并抵達芯片表面需要一定的時間,因此當高低溫濕熱試驗箱內(nèi)環(huán)境溫度和濕度達到穩(wěn)定后,應繼續(xù)保持直至濕氣完全抵達芯片表面。
由于環(huán)氧樹脂相較于硅膠,其抵御濕氣進入的能力強得多,因此對于環(huán)氧樹脂封裝器件穩(wěn)定時間不少于336h,硅膠封裝器件穩(wěn)定時間不少于24h。
6.6試驗計時
器件按6.5的要求進行充分穩(wěn)定后,開始施加規(guī)定的偏置電壓,此時試驗計時開始。當達到規(guī)定的持續(xù)時間,溫濕度開始下降時計時結(jié)束。
6.7施加偏置電壓
器件按6.5的要求進行充分穩(wěn)定后,開始施加規(guī)定的偏置電壓。當試驗結(jié)束且恢復完成后,再將偏置電壓移除。施加偏置電壓時,若受試器件為絕緣柵雙極晶體管(IGBT)或場效應晶體管(MOSFET),其柵極和發(fā)射極或柵極和源極之間應可靠短路或施加負壓。
6.8中間檢測
如果要求進行中間檢測,當檢測完成后,應重新按6.5的要求充分穩(wěn)定后,再施加偏置電壓并重新計時。
6.9后檢測
試驗結(jié)束,試驗樣品恢復常溫后,在48h內(nèi)應按照相關標準規(guī)定,進行外觀檢查和電氣參數(shù)測試。
如果器件不能通過規(guī)定的終測試,或按照適用的采購文件和數(shù)據(jù)表中規(guī)定的正常和極限環(huán)境中不能驗證其功能時,器件視為失效。
試驗報告至少應給出下列信息:
a)檢測實驗室的名稱和地址;
b)客戶的名稱和地址;
c)依據(jù)的檢測標準號及版本號;
d)所用檢測設備的標識(名稱、型號、性標識等);
e)適用時,應給出設備的校準有效期;
f)檢測樣品的描述、狀態(tài)和明確的性標識;
g)檢測樣品的接收日期和檢測日期;
h)試驗持續(xù)時間;
i)初始、中間和后檢測;
j)偏置條件;
k)穩(wěn)定時間;
l)在試驗期間如果芯片溫度高于高低溫濕熱試驗箱環(huán)境溫度5℃以上時芯片的溫度;
m)對檢測方法的偏離、增添或刪節(jié),以及特定檢測條件的信息,如環(huán)境條件;
n)適用時,應包含對于符合(或不符合)接收判據(jù)和(或)規(guī)范的聲明。
咨詢熱線
133-5299-3419