如何考核一块芯片的寿命?

学术   2024-10-14 18:01   北京  







文章来源:旺财芯片

原文作者:旺财芯片


随着汽车电动化、智能化的发展,汽车芯片迎来发展高峰。


相对于对消费级电子芯片,车用芯片对环境、振动,冲击、可靠性、一致性都提出了较高的要求。一般的汽车芯片设计寿命都在 15 年 20 万公里左右,远大于消费电子产品寿命要求,可靠性要求之高可以想象。



半导体在汽车中的应用集中为传感器、微控制器和功率半导体。其中,随着汽车电子化率的提高,功率半导体增加量最为明显。


因为与传统燃油车和弱混动力车相比,电动汽车少了发动机和启停系统,但多出了电池、电机、电控核心部件以及车载DCDC、电空调驱动、车载充电器(OBC)等电力电子装置。它们将动力电池所存储的电能转化为驱动电机、车载低压用电设备、空调电机所需的电能。这都离不开能够实现电能转换和控制的功率半导体。



汽车自动化程度越高,对功率器件的使用数量及安全性要求越高。因此,可对功率器件的检测设备的重要性逐步凸显。


当前,功率器件从生产到销售的各个环节均有检测的需求,如静态参数测试、动态参数测试、极限能力测试、老化可靠性寿命测试、失效分析等。


据悉,功率器件IGBT的寿命相关测试可以分成两部分,一部分是对于芯片本身寿命的考核,另一部分是对机械连接的考核。其中对芯片本身寿命的考核有如下内容:


HTRB,高温高压反偏测试,测试IGBT芯片的耐高压的可靠性。


HTGB,高温门极应力测试,测试IGBT芯片门极的耐压可靠性。


H3TRB,高温高湿反偏测试,测试IGBT芯片在高湿环境的可靠性。


HV-H3TRB,高压高温高湿反偏测试,这是H3TRB的更严苛版本,因为高湿的本质是对芯片钝化层的一种腐蚀,而高压会加速这种腐蚀。


上述几条主要是评估芯片的耐久性,在这些测试条件下,只要时间足够长,芯片肯定会坏的。


对于IGBT模块来说,模块外部是外壳和金属端子,内部不仅有芯片,还有绑定线,还有绝缘陶瓷衬底,还有焊接层,我们统称机械连接。那如何评估这些机械连接的耐久性呢?这就是功率循环,热循环,热冲击,以及振动测试。


什么是功率循环?


功率循环测试是一种功率半导体器件的可靠性测试方法,被列为AEC-Q101与AQG-324等车规级测试标准内的必测项目。与温度循环测试相比,功率循环是通过器件内部工作的芯片产生热量,使得器件达到既定的温度;而温度循环则是通过外部环境强制被测试器件达到测试温度。


简而言之,一个是运动发热,一个是高温中暑。


由于在功率循环测试中的被测试器件的发热部分集中在器件工作区域,其封装老化(aging)模式与正常工作下的器件相类似,故功率循环测试被认可为最接近于实际应用的功率器件可靠性测试而受到广泛的关注。

END


转载内容仅代表作者观点

不代表中国科学院半导体所立场




编辑:一二

编:六块钱的鱼

投稿邮箱:weixin@semi.ac.cn


往期推荐
1.聊聊倒装芯片(flip chip)的工艺流程(下)
2.关于光刻胶的一些知识
3.3D NAND工艺流程
4.写给小白的芯片半导体科普
5.引线键合中BSOB的LOOP
6.芯片失效分析方法



中国科学院半导体研究所
物穷其理 宏微交替
 最新文章