功率半導(dǎo)體器件利用高低溫濕熱試驗(yàn)箱做穩(wěn)態(tài)濕熱高壓偏置試驗(yàn)
本標(biāo)準(zhǔn)給出了功率半導(dǎo)體器件穩(wěn)態(tài)濕熱高壓偏置試驗(yàn)方法，用以評價(jià)非氣密封裝的功率半導(dǎo)體器件在高溫高濕環(huán)境下耐受高電壓的可靠性。
本標(biāo)準(zhǔn)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。
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GB/T2423.50環(huán)境試驗(yàn)第2部分:試驗(yàn)方法試驗(yàn)Cy:恒定濕熱主要用于元件的加速試驗(yàn)。
IEC-5半導(dǎo)體器件―機(jī)械和氣候試驗(yàn)方法—第5部分:穩(wěn)態(tài)濕熱偏置壽命試驗(yàn)（Semiconductordevices—Mechanicalandclimatictestmethods—Part5:Steady-statetemperaturehumiditybias
lifetest）
該項(xiàng)試驗(yàn)通過施加高溫和高濕度條件，加速水汽穿透外部保護(hù)材料(如環(huán)氧外殼或硅膠保護(hù)層）或者外部保護(hù)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(dá)芯片表面，就會(huì)在高電壓的作用加速芯片的劣化。
本試驗(yàn)屬于破壞性試驗(yàn)。
4.1高低溫濕熱試驗(yàn)箱
的參數(shù)應(yīng)滿足下列要求:
a）應(yīng)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(shí)不間斷;
b）在上升到規(guī)定的試驗(yàn)條件和從規(guī)定的試驗(yàn)條件恢復(fù)到常溫過程中，高低溫濕熱試驗(yàn)箱應(yīng)能夠提供受控的溫度和相對濕度條件;
c）高低溫濕熱試驗(yàn)箱應(yīng)經(jīng)過計(jì)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(yàn)箱內(nèi)產(chǎn)生的冷凝水應(yīng)不斷排出，且不能重復(fù)利用;
e）冷凝水不允許滴落在試驗(yàn)樣品上;
f）高低溫濕熱試驗(yàn)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(yīng)經(jīng)過計(jì)量，輸出電壓允許偏差±2%。
4.3加濕用水
a）應(yīng)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(yīng)在6.0~7.2之間。
b）在將水裝入加濕器之前，應(yīng)對高低溫濕熱試驗(yàn)箱內(nèi)部各部分(包括安裝在高低溫濕熱試驗(yàn)箱內(nèi)的夾具）進(jìn)行清洗;每次試驗(yàn)后，應(yīng)將加濕器和高低溫濕熱試驗(yàn)箱中的水全部清洗干凈。
4.4小污染物釋放
為了減少試驗(yàn)設(shè)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(yīng)認(rèn)真選擇所用到的試驗(yàn)裝置的材質(zhì)，如應(yīng)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(yàn)箱內(nèi)的擺放位置應(yīng)盡可能不影響箱內(nèi)的空氣流動(dòng)，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(yàn)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(yīng)保持足夠的安全距離，如果無法擴(kuò)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(yàn)需要施加高壓偏置，受試器件的漏電流會(huì)比施加低壓偏置時(shí)高，由此產(chǎn)生的功耗會(huì)使內(nèi)部芯片溫度升高。當(dāng)芯片溫度高于高低溫濕熱試驗(yàn)箱環(huán)境溫度<5℃時(shí)，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(yàn)箱環(huán)境溫度5℃或5℃以上，應(yīng)把芯片溫度與試驗(yàn)環(huán)境溫度的差值記錄在試驗(yàn)結(jié)果中，加速的失效機(jī)理將受到影響。
試驗(yàn)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(shí)間組成。嚴(yán)酷等級(jí)由試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間決定。除非另有規(guī)定，應(yīng)從表1中給出的持續(xù)時(shí)間中選取嚴(yán)酷等級(jí)。
受試器件應(yīng)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(yīng)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(yàn)應(yīng)力上升和下降過程中。
6.1預(yù)處理
適用時(shí)，應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)處理。
6.2初始檢測
試驗(yàn)樣品應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，進(jìn)行外觀檢查和電氣參數(shù)測試。
6.3上升
達(dá)到穩(wěn)定的溫度和相對濕度的時(shí)間應(yīng)少于3h。通過保證在整個(gè)試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)高低溫濕熱試驗(yàn)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(shí)間應(yīng)不超過3h。通過保證在整個(gè)試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)高低溫濕熱試驗(yàn)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(shí)間
由于濕氣穿透器件外殼并抵達(dá)芯片表面需要一定的時(shí)間，因此當(dāng)高低溫濕熱試驗(yàn)箱內(nèi)環(huán)境溫度和濕度達(dá)到穩(wěn)定后，應(yīng)繼續(xù)保持直至濕氣完全抵達(dá)芯片表面。
由于環(huán)氧樹脂相較于硅膠，其抵御濕氣進(jìn)入的能力強(qiáng)得多，因此對于環(huán)氧樹脂封裝器件穩(wěn)定時(shí)間不少于336h，硅膠封裝器件穩(wěn)定時(shí)間不少于24h。
6.6試驗(yàn)計(jì)時(shí)
器件按6.5的要求進(jìn)行充分穩(wěn)定后，開始施加規(guī)定的偏置電壓，此時(shí)試驗(yàn)計(jì)時(shí)開始。當(dāng)達(dá)到規(guī)定的持續(xù)時(shí)間，溫濕度開始下降時(shí)計(jì)時(shí)結(jié)束。
6.7施加偏置電壓
器件按6.5的要求進(jìn)行充分穩(wěn)定后，開始施加規(guī)定的偏置電壓。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束且恢復(fù)完成后，再將偏置電壓移除。施加偏置電壓時(shí)，若受試器件為絕緣柵雙極晶體管(IGBT）或場效應(yīng)晶體管（MOSFET），其柵極和發(fā)射極或柵極和源極之間應(yīng)可靠短路或施加負(fù)壓。
6.8中間檢測
如果要求進(jìn)行中間檢測，當(dāng)檢測完成后，應(yīng)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(jì)時(shí)。
6.9后檢測
試驗(yàn)結(jié)束，試驗(yàn)樣品恢復(fù)常溫后，在48h內(nèi)應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，進(jìn)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(yàn)證其功能時(shí)，器件視為失效。
試驗(yàn)報(bào)告至少應(yīng)給出下列信息:
a）檢測實(shí)驗(yàn)室的名稱和地址;
b）客戶的名稱和地址;
c）依據(jù)的檢測標(biāo)準(zhǔn)號(hào)及版本號(hào);
d）所用檢測設(shè)備的標(biāo)識(shí)（名稱、型號(hào)、性標(biāo)識(shí)等）;
e）適用時(shí)，應(yīng)給出設(shè)備的校準(zhǔn)有效期;
f）檢測樣品的描述、狀態(tài)和明確的性標(biāo)識(shí);
g）檢測樣品的接收日期和檢測日期;
h）試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間;
i）初始、中間和后檢測;
j）偏置條件;
k）穩(wěn)定時(shí)間;
l）在試驗(yàn)期間如果芯片溫度高于高低溫濕熱試驗(yàn)箱環(huán)境溫度5℃以上時(shí)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(shí)，應(yīng)包含對于符合（或不符合）接收判據(jù)和（或）規(guī)范的聲明。
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