高功率芯片电流激励如何测试？

绝大多数电流激励方法用于功率循环的电流激励方法，也称为饱和压降电流激励，通过测量被测试IGBT对于所有标准约定的电流激励方法，适当的栅极电压使其完全导通。测试电流流入IGBT由此产生的导流损耗使加热器件达到最大结温，最符合器件实际应用时的导流状态，也是器件寿命评估的最佳激励方法。

通过测量装置两端的电压，不仅可以得到装置在大电流下的饱和压降来表示键合线状态，还可以得到小电流下的饱和压降来转换装置的温度和热阻。但由于缺乏开关损耗的叠加，需要更大的电流（甚至超过额定电流）来加热设备达到目标的最大温度和温差，使设备键线的热应力过大，可能远远超过实际应用条件。一方面，它人为地降低了键合线的使用寿命，另一方面，它也可能导致其他失效机制，因此本试验不符合加速老化试验的基本原则——设备失效机制不能改变。

随着芯片和包装技术的不断迭代，IGBT饱和压降和热阻越来越低，可靠性越来越高，本质上需要更大的温差来加速设备的老化过程，缩短测试周期。对于第二个功率循环，设备的壳体温度变化非常小，一般认为设备的最小温度结合Tjmin等于最小壳温Tcmin。从公式中可以看出，导通状态下的电流激励方法需要更大的测试电流。虽然电流振幅可以通过适当降低被测部件的栅极电压来降低，但可调范围有限。

只有两种方法可以降低测试电流：一方面，在不改变设备状态的情况下增加开关损耗PWM功率循环是一种情况，但本文不重视；另一方面，在不改变被测设备包装的情况下，提高测试过程中设备的饱和压降。刚才提到的栅极电压是一种情况，但效果有限。

针对低压的MOS装置的饱和压降极低，无法利用额定电流进行功率循环老化的问题，常规改造改造DC，功率循环测试电路。测试电路包括两个主要测试分支(Phase1和Phase2)，每个主测试支路由两个测试支路组成IGBT(DUT1和DUT2)串联一个可调节的电感Lσ并联之后，被测试的被测试串联IGBT(DUT3)组成。

控制一个主测试支路中的两个并联IGBT(DUT1和DUT2)在电感器中，格栅极信号控制两个器件交替导通Lσ过电压后开关损失。可以调整开关损耗DUT1和DUT实现了2的开关频率和电感大小DUT3是通过导通损耗进行加热。

为了验证这种电流激励方法的有效性，作者对不同条件和器件进行了大量的功率循环试验，寿命结果。IGBT在不同的测试条件和开关损耗比例下，设备的使用寿命和CIPS08基本接近，差别不大。此外，文献还提到了设备老化参数的变化趋势和故障机制。通过增加开关频率，增加开关损耗的比例，可以减少80个测试电流，如文献K测试电流可达28A可降低为20A(被测IGBT为1200V，25A)。综上所述，通过常规DC在不改变设备失效机理和寿命的情况下，可以降低测试电流，从而增加开关损耗的电流激励方法。

另一种公开发表的解决方案是通过IGBT设备的栅极G与集电极C短路，设备两端的压降等于设备的阈值电压，迫使设备在阈值电压附近工作。此时IGBT设备没有完全导通，沟电阻很高，压降主要是设备阈值电压，所需电流很小。以Infineon公司650V，20AIGBT例子s它已经达到了热平衡，壳体的热阻为0.88K/W，若需要达到ΔTj=90K和Tjmax=150℃功率约为P=102W。饱和压降法的电流激励方法约为IL=32.9A，此时压降VCE=3.1V(@VGE=15V和Tjmax=150℃)；如果是阈值电压法的电流激励方法，只需电流约为IL=20A(假设阈值电压为5.1V)。可以看出，这种电流激励方法可以大大降低测试电流和键合线的热应力，可能更适合只比较不同焊料可靠性水平的测试。

虽然电流激励方法可以大大降低测试电流，但是这种方法并不适用于多芯片并联模块。IGBT在阈值电压下，芯片是负温度系数，芯片之间的一些差异会导致芯片电流过大，降低功率循环寿命，甚至失去热控制。对于电流激励模式和饱和压降法的实际应用，IGBT设备通常在正温度系数中工作，借助电导调制效果使设备内部芯片的电流均匀分布。

虽然可以通过电压钳位电路可以通过主动反馈控制IGBT电压，使电压在参考电压中始终保持稳定状态，避免热失控，但也使功率循环试验过程中键合线的老化不能表征。此外，目前还没有实验结果证明该设备在电流激励条件下的故障机理和寿命是否与饱和压降法的电流激励一致。1200V,25A的Easypack封装IGBT对比两种不同电流激励方法下的老化参数变化趋势和功率循环寿命，测试条件为ton=2s,toff=4s,VGE=15V,ΔTj≈90K和Tjmax≈150℃。负载电流切断后的测量延迟为200µs，基于有限元模拟获得的测量延迟造成的温度测量误差约为3K。饱和压降电流激励法同时测试6个设备，避免随机性。

由于测试电路的复杂性，只有三台设备同时测试阈值电压电流激励法，测试电流远低于饱和压降法。所有设备都是芯片焊料故障(设备热阻(Rthjs增加)，静态参数(阈值电压(VGE(th)和栅极泄漏电流Iges)没有明显的差异，其中阈值电压偏移最大为80mV。显示了两个关键参数(ΔTj,VCE和Rthjs)由于霍尔传感器器件在测量小电流时的干扰，阈值电压法测量的热阻在老化过程中有很大的变化规律和寿命对比。

振荡计算出的热阻，但不影响测试结果，从饱和压降VCE实际电流非常稳定。可见饱和压降法采用的电流约为阈值电压法的3倍，使键合线应力过大，导致装置饱和压降VCE没有变化。从这个例子中可以看出，饱和压降法一般伴随着老化和相互竞争的影响，而阈值电压定律只是焊料的老化。显示器件的使用寿命也有很大差异。

将两种不同的测试条件与寿命模型进行比较，并将其归类为相同的条件。可以看出，在考虑设备测试时，键合线的电流密度和阈值电压法的使用寿命远低于键合线的使用寿命CIPS08寿命模型，饱和压降的寿命和寿命CIPS08吻合比较好。

假设当测试设备只发生焊料故障时，其寿命差异相对较小，可以考虑使用阈值电压法的等效性；然而，当设备同时出现键合线故障或不确定设备是否100%为焊料故障时，阈值电压定律将改变设备的故障机制和寿命，这是不可取的。

在鸿怡电子HMILU高功率芯片socket测试座的实际行业运用中，大电流测试座、加速老化测试座、功率芯片测试座，为大家整理推荐几款反馈测试良率高的测试案例（仅供参考）

1、DFN8x8大电流测试座

封装尺寸：DFN8封装，间距0.95mm，尺寸8*8mm

测试支持：过最高800V/30A功率多脉冲测试；测试环境温度-45~155℃；

产品特色：按照芯片实际功能需求设计，允许大电流高电压高频开关脉冲测试，同时兼顾了高压大电流的绝缘设计，保证测试过程中用户的安全。

产品用途：DFN8x8 MOSFET IC 功能测试主要应对高压大电流

2、TO247-3L下压老化座

封装尺寸：TO247封装/TO-3P封装，间距5.44mm，尺寸41.1*15.6mm

测试支持：测试环境温度-45~155℃；相对湿度RH 85%，测试时长1000小时

产品特色：适用于自动化上下料，批量老化板快速取放芯片，自动化老化测试车间，批量推进至老化炉老化舱内，进行智能老化测试。

产品用途：HAST/HTOL等老化测试、可靠性测试，自动化设备匹配使用，手工测试亦可。

3、SMD4 16DUT in 1 翻盖测试座

封装尺寸：SMD4封装，间距4.6mm/2.8mm，尺寸5.9*3.9mm

测试支持：测试环境温度-45~155℃；相对湿度RH 85%，测试时长1000小时

产品特色：适用于手动快速大批量测试，单测试座同时测试16个芯片，单位DUT测试成本下降，规模效应明显

产品用途：常规SMD功率芯片的正常测试，HAST/HTOL等老化测试、可靠性测试，自动化设备匹配使用，手工测试亦可。

4、DC/DC电源芯片测试座

BGA77pin封装是近期一款较为特殊的电源芯片，DC/DC电源功能，共4通道输出，每个通道持续性电流输出为DC 4A，输出峰值在5A。

其功能DC转DC时候，将4V到14V的电压转换成为0.6V~5.5V电压，释放较高电流以及热量，其功耗高达5.5W。

其芯片尺寸：9×15×5.01mm，间距：1.27mm。