ATS-545：熱沖擊測(cè)試設(shè)備

全量程240攝氏度的溫控調(diào)整；

溫度變化率高達(dá)288°C / 分鐘！

IEEE Transactions on Device and Materials Reliability (Volume: 20, Issue: 4, December 2020) DOI 10.1109/TDMR.2020.3025895 艱深科研工作背后的巨大助力——ThermoStream™，

inTEST集團(tuán)ThermoStream™品牌的熱沖擊測(cè)試集成環(huán)境（ATS-545-M）助力本文作者You-Cheol Jang 教授深挖了穿孔IGBT在高溫下柵極偏置應(yīng)力引起的退化現(xiàn)象。

ATS-545的貢獻(xiàn) :

1. IGBT 功率半導(dǎo)體的可靠性測(cè)試涉及使用ATS-545-M型熱沖擊測(cè)試集成環(huán)境在 零下40 °C至零上200 °C 之間對(duì)IGBT樣本施加溫度循環(huán)應(yīng)力。

2. Cycling IGBT樣本需要在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中經(jīng)受4000個(gè)溫度循環(huán)，每個(gè)循環(huán)持續(xù)100秒。

3. 熱沖擊測(cè)試集成環(huán)境（ATS-545，by inTEST Thermal Solutions Inc.）用于實(shí)施溫度循環(huán)測(cè)試。它的總變溫時(shí)間要在僅僅短短100秒內(nèi)完成全量程240攝氏度的溫控調(diào)整，溫度變化率高達(dá)288°C / 分鐘！

• a) 使用功率器件分析儀/曲線追蹤儀測(cè)量IGBT的電氣特性，每1000個(gè)周期進(jìn)行一次加速溫度循環(huán)測(cè)試。

• b) 此外，每15分鐘進(jìn)行一次高溫（150°C）和高壓直流場(chǎng)（48V）測(cè)試，共60分鐘。

• c) 經(jīng)過(guò)應(yīng)力測(cè)試，在沒(méi)有高溫和電場(chǎng)應(yīng)力的情況下，在24小時(shí)后測(cè)量了IGBT的恢復(fù)特性。

• d) 使用掃描聲學(xué)顯微鏡（SAM）觀察IGBT中鈍化層和金屬層的分層。

• e) SAM圖像顯示晶圓芯片鍵合和環(huán)氧模塑料（EMC）處分層，以及引線鍵合區(qū)域下方的空隙。

• f) 分層和空隙歸因于IGBT組件中使用的材料之間的熱應(yīng)力和CTE不匹配。

•  

在功率半導(dǎo)體IGBT性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)中，伴隨環(huán)境溫度沖擊而來(lái)的老化特性是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

言歸正傳，You-Cheol Jang 教授發(fā)表了激動(dòng)人心的IGBT加速老化（degradation, 涉及到功率半導(dǎo)體的使用壽命）實(shí)驗(yàn)——Accelerated Degradation of IGBTs due to High Gate Voltage at Various Temperature Environments(DOI 10.1109/TDMR.2020.3025895)

在本文中做了大量的理論-干實(shí)驗(yàn)計(jì)算-濕實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的嚴(yán)謹(jǐn)科研工作?？偨Y(jié)如下幾點(diǎn)：

在高溫下施加溫度循環(huán)應(yīng)力和偏置應(yīng)力的過(guò)程對(duì)于研究IGBT退化非常重要。

- 對(duì)-40°C至200°C之間的IGBT施加溫度循環(huán)應(yīng)力，以加速使用寬溫度范圍的降解過(guò)程。這有助于理解IGBT在不同溫度條件下發(fā)生的降解現(xiàn)象。

- IGBT中鈍化層和金屬層的分層可以使用掃描聲學(xué)顯微鏡觀察到。這有助于識(shí)別IGBT中由于溫度應(yīng)力而發(fā)生的物理變化和故障。

- 對(duì)IGBT施加高溫下具有高柵極電壓的偏置應(yīng)力，以研究閾值電壓不穩(wěn)定性和柵氧化層電荷捕獲的影響。這有助于了解IGBT開關(guān)特性和性能的變化。

- 還研究了IGBT在應(yīng)力后的恢復(fù)。結(jié)果表明，在高直流場(chǎng)和高溫下受壓的IGBT在沒(méi)有反向電壓的情況下，24小時(shí)后恢復(fù)過(guò)程較慢。這些信息對(duì)于理解IGBT在實(shí)際條件下的恢復(fù)機(jī)制非常重要。

- 通過(guò)進(jìn)行各種溫度應(yīng)力和高電場(chǎng)應(yīng)力測(cè)試，可以識(shí)別IGBT的退化過(guò)程和故障癥狀。這為IGBT在不同工作條件下的可靠性和性能提供了寶貴的見(jiàn)解。

         ATS-545-M 在IGBT熱沖擊循環(huán)測(cè)試中的裝置擺放示意圖

           生動(dòng)解釋了IGBT在強(qiáng)直流場(chǎng)和高溫度場(chǎng)下應(yīng)力測(cè)試的變化

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