本发明专利技术公开了一种功率半导体热可靠性测试装置，包括老化试验电路，该老化试验电路包括加热电源以及分别与其并联的测量电源和若干个测试电路；每个测试电路均包括串联的若干个待测功率半导体老化工位，以及与每个待测功率半导体老化工位分别对应并联的可控开关。本发明专利技术设计了为每一个串联的待测功率半导体各自单独附加并联可控开关的老化试验电路，且只需设置一个加热电源和一个测量电源便可以实现恒定结/壳温波动控制策略下的多个待测功率半导体的同时老化的功率循环试验，极大地提升了对功率半导体进行热可靠性测试的测试效率。了对功率半导体进行热可靠性测试的测试效率。了对功率半导体进行热可靠性测试的测试效率。
【技术实现步骤摘要】
一种功率半导体热可靠性测试装置及测试方法
[0001]本专利技术涉及半导体测试
，更具体地，涉及一种功率半导体热可靠性测试装置及测试方法。
技术介绍
[0002]在当今快速发展的工业领域里，电力电子技术起到了非常重要的作用，而其中所涉及到的电力电子器件（或称：功率半导体），例如：绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、场效应管(MOSFET)、双极型晶体管(BJT)和功率MOSFET等广泛地应用在越来越多的电子工业领域。
[0003]随着工业领域中电力电子器件应用的进一步扩展，耐大电流、耐高压、高速和低饱和压降的IGBT器件的应用日益广泛。但伴随着功耗加大的同时，也带来了结温过高的问题，这对IGBT器件的可靠性提出了更高的要求，也意味着对IGBT器件的散热设计、散热性能提出了进一步的要求。
[0004]一般情况下，电力电子器件包括IGBT器件的失效曲线呈现浴盆型曲线形状。这种失效曲线分为以下三个阶段，即早期失效阶段、偶然失效阶段和耗损失效阶段，如图1所示。为了满足IGBT产品长寿命化的要求，可以通过功率循环实验这种可靠性测试，对IGBT产品的质量水平进行检测。
[0005]在功率循环实验中，模拟被测IGBT器件在应用的环境下，在电源接通和关断的周期内，由于被测IGBT器件封装内部将产生不均匀的温度分布，封装内部不同材料间的热膨胀系数不同将产生热—机械应力，并且会引起材料与发热相关的加速老化，从而造成被测IGBT器件的失效。通过功率循环实验中对电性参数的测量、读取和分析，可以评估被测IGBT器件封装内部随着功率循环实验进行而发生的老化过程，并对被测IGBT器件的封装水平进行检测。
[0006]功率循环试验是为了评估被测IGBT器件承受由于待机、休眠和某些应用中引起的周期性的、非等温情况下的高低温度循环而导致的热—机械早期失效应力和材料与发热相关的恶化老化的能力。功率循环实验被用来确认被测IGBT器件内部的材料和材料之间的连接层，特别是焊接层和热学界面材料层的性能。功率循环实验由于机械应力的存在，将会对被测IGBT器件造成电性能和/或物理特性上的永久损坏，所以应该被考虑为破坏性测试。
[0007]传统功率循环试验平台只能进行小功率单一封装的功率半导体模块的可靠性试验，且即便进行多个功率半导体模块的测试时，其电流就会下降至一半或三分之一，其热可靠性测试的整体测试效率较低，性能/价格比较低，给实际生产或研发中的热可靠性测试带来了诸多不便。
技术实现思路
[0008]针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种功率半导体热可靠性测试装置及测试方法，用以解决现有功率循环试验平台的测试效率较低的问题。
[0009]为实现上述目的，第一个方面，本专利技术提供了一种功率半导体热可靠性测试装置，
包括老化试验电路，所述老化试验电路包括加热电源以及分别与其并联的测量电源和若干个测试电路；每个所述测试电路均包括串联的若干个待测功率半导体老化工位，以及与每个所述待测功率半导体老化工位分别对应并联的可控开关；所述加热电源用于提供加热电流，对待接入所述待测功率半导体老化工位的待测功率半导体进行加热老化；所述测量电源用于提供测量电流，通过所述测量电流下的饱和压降测量所述待测功率半导体的结温；所述待测功率半导体老化工位用于为所述测试电路接入所述待测功率半导体；所述可控开关用于控制通过对应的并联接入的所述待测功率半导体的电流的通断。
[0010]进一步地，还包括水冷系统；所述水冷系统包括循环水泵和若干个电磁阀；每个所述待测功率半导体老化工位均对应地配置一个电磁阀；通过电磁阀流经对应接入的所述待测功率半导体的水可降低该待测功率半导体的结温；整个水循环共用一个所述循环水泵。
[0011]进一步地，所述水冷系统还包括水温调节系统，所述水温调节系统通过加热或制冷来对在所述水冷系统中循环的水进行温度调节。
[0012]进一步地，所述电磁阀为二位三通电磁阀；所述二位三通电磁阀包括水路和气路，可实现水路和气路的切换。
[0013]进一步地，所述水冷系统还包括散热器，在所述散热器表面设置有导线槽，该导线槽可将热电偶固定在槽内，并使该热电偶的前端贴于所述待测功率半导体下的底板，以此来测量所述待测功率半导体的壳温。
[0014]进一步地，所述待测功率半导体包括Si、SiC或GaN的全控、半控或不控功率器件。
[0015]进一步地，还包括装置安全保障系统；所述装置安全保障系统对于所述加热电源、所述测量电源和所述待测功率半导体的驱动系统的故障的安全监测指标为所述饱和压降；所述装置安全保障系统对于所述待测功率半导体的热冲击故障的安全监测指标为所述壳温；所述装置安全保障系统对于所述水冷系统的不工作故障的安全监测指标为水温；所述装置安全保障系统对于所述水冷系统的水管漏水故障的安全监测指标为水位。
[0016]第二个方面，本专利技术提供了一种功率半导体热可靠性测试方法，包括：将若干个待测功率半导体依次串联并与一个加热电源和一个测量电源连接以实现加热电源提供加热和测量电源提供测量的共享，还为每个所述待测功率半导体分别并联一个可控开关；对每个所述待测功率半导体通过对应的可控开关的通断操作分别各自独立地进行对应的恒定结温波动的功率循环测试，其中包括通过所述测量电源提供的测量电流来获取所述待测功率半导体对应的饱和压降；基于所述待测功率半导体对应的饱和压降，通过结温
‑
饱和压降线性函数以获取
对应的所述待测功率半导体对应的结温，并进一步获取所述待测功率半导体对应的瞬态温度响应曲线，以实现对所述待测功率半导体的热特性的测量。
[0017]进一步地，所述结温
‑
饱和压降线性函数的获取方式包括：将所述待测功率半导体置于恒温箱中，设置第一预设温度为目标温度，使用功率稳定的加热电流对封装的所述待测功率半导体进行加热；待恒温箱的温度恒定即达到第一预设温度，关断所述加热电流并导通测量电流对所述待测功率半导体进行测量，记录所述第一预设温度下所述待测功率半导体的第一饱和压降值；关断所述测量电流并导通所述加热电流，对所述待测功率半导体继续进行加热，直至达到第二预设温度的目标温度后，再次关断所述加热电流并导通所述测量电流，记录所述第二预设温度下所述待测功率半导体的第二饱和压降值；重复以上步骤，继续再次关断所述测量电流并导通所述加热电流，对所述待测功率半导体继续进行加热，直至最终达到所述待测功率半导体的最高工作结温的第N预设温度后，再次关断所述加热电流并导通所述测量电流，记录所述第N预设温度下所述待测功率半导体的第N饱和压降值；通过拟合软件对多次记录的预设温度和饱和压降值进行线性拟合，获取所述待测功率半导体对应的所述结温
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饱和压降线性函数。
[0018]进一步地，还包括分辨键合线失效和焊料层失效的方法，其具体包括：监测所述待测功率半导体在开通时刻、开通完成时刻、关断时刻和关断完成时刻的热阻和饱和压降，判断饱和压降是否超出预设阈值，即可分辨出封装失效本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种功率半导体热可靠性测试装置，其特征在于，包括老化试验电路，所述老化试验电路包括加热电源以及分别与其并联的测量电源和若干个测试电路；每个所述测试电路均包括串联的若干个待测功率半导体老化工位，以及与每个所述待测功率半导体老化工位分别对应并联的可控开关；所述加热电源用于提供加热电流，对待接入所述待测功率半导体老化工位的待测功率半导体进行加热老化；所述测量电源用于提供测量电流，通过所述测量电流下的饱和压降测量所述待测功率半导体的结温；所述待测功率半导体老化工位用于为所述测试电路接入所述待测功率半导体；所述可控开关用于控制通过对应的并联接入的所述待测功率半导体的电流的通断。2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，还包括水冷系统；所述水冷系统包括循环水泵和若干个电磁阀；每个所述待测功率半导体老化工位均对应地配置一个电磁阀；通过电磁阀流经对应接入的所述待测功率半导体的水可降低该待测功率半导体的结温；整个水循环共用一个所述循环水泵。3.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述水冷系统还包括水温调节系统，所述水温调节系统通过加热或制冷来对在所述水冷系统中循环的水进行温度调节。4.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述电磁阀为二位三通电磁阀；所述二位三通电磁阀包括水路和气路，可实现水路和气路的切换。5.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述水冷系统还包括散热器，在所述散热器表面设置有导线槽，该导线槽可将热电偶固定在槽内，并使该热电偶的前端贴于所述待测功率半导体下的底板，以此来测量所述待测功率半导体的壳温。6.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述待测功率半导体包括Si、SiC或GaN的全控、半控或不控功率器件。7.如权利要求5所述的测试装置，其特征在于，还包括装置安全保障系统；所述装置安全保障系统对于所述加热电源、所述测量电源和所述待测功率半导体的驱动系统的故障的安全监测指标为所述饱和压降；所述装置安全保障系统对于所述待测功率半导体的热冲击故障的安全监测指标为所述壳温；所述装置安全保障系统对于所述水冷系统的不工作故障的安全监测指标为水温；所述装置安全保障系统对于所述水冷系统的水管漏水故障的安全监测指标为水位。8.一种功率半导体热可靠性...
【专利技术属性】
技术研发人员：何笠，孙盼，杨律，严思念，孙军，杨刚，王蕾，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：
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