芯片研發(fā)過程中的可靠性測試——碳化硅功率器件

碳化硅作為第三代半導體經典的應用，具有眾多自身優(yōu)勢和技術優(yōu)勢，它所制成的功率器件在生活中運用十分廣泛，越來越無法離開，因此使用碳化硅產品的穩(wěn)定性在一定程度上也決定了生活的質量。作為高尖精的產品，芯片的可靠性測試貫徹始終，從設計到選材再到最后的出產，那研發(fā)過程中具體需要做哪些測試呢？金譽半導體帶大家了解一下。

芯片研發(fā)環(huán)節(jié)的可靠性測試

對于半導體企業(yè)，進行可靠性試驗是提升產品質量的重要手段。在進行工業(yè)級產品可靠性驗證時，HTGB、H3TRB、TC、HTRB、AC/PCT、IOL試驗就是驗證器件可靠性的主要項目：

HTGB（高溫門極偏置測試）

高溫門極偏置測試是針對碳化硅MOS管的最重要的實驗項目。在高溫環(huán)境下對門極長期施加電壓會促使門極的性能加速老化，且MOSFET的門極長期承受正電壓，或者負電壓，其門極的門檻值VGSth會發(fā)生漂移。

H3TRB（高壓高溫高濕反偏測試）

AEC-Q101中只有H3TRB這個類別，其缺點是反壓過低，只有100V。主要是針對高溫高電壓環(huán)境下的失效的加速實驗。高濕環(huán)境是對分立器件的封裝樹脂材料及晶片表面鈍化層的極大考驗，樹脂材料是擋不住水汽的，只能靠鈍化層，3種應力的施加使早期的缺陷更容易暴露出來；

TC（溫度循環(huán)測試）

綁定線、焊接材料及樹脂材料受到熱應力均存在老化和失效的風險。溫度循環(huán)測試把被測對象放入溫箱中，溫度在-55℃到150℃之間循環(huán)（H等級），這個過程是對封裝材料施加熱應力，評估器件內部各種不同材質在熱脹冷縮作用下的界面完整性；此項目標準對碳化硅功率模塊而言很苛刻，尤其是應用于汽車的模塊。

HTRB（高溫反偏測試）

HTRB是分立器件可靠性最重要的一個試驗項目，其目的是暴露跟時間、應力相關的缺陷，這些缺陷通常是鈍化層的可移動離子或溫度驅動的雜質。半導體器件對雜質高度敏感，制造過程中有可能引入雜質，雜質在強電場作用下會呈現(xiàn)加速移動或擴散現(xiàn)象，最終雜質將擴散至半導體內部導致失效。同樣的晶片表面鈍化層損壞后，雜質可能遷移到晶片內部導致失效。

HTRB試驗可以使這些失效加速呈現(xiàn)，排查出異常器件。半導體器件在150℃的環(huán)境溫箱里被施加80%的反壓，會出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。如果在1000小時內漏電參數(shù)未超出規(guī)格底線，且保持穩(wěn)定不發(fā)生變化，說明器件設計和封裝組合符合標準。

AC/PCT（高溫蒸煮測試）

高溫蒸煮測試是把被測對象放進高溫高濕高氣壓的環(huán)境中，考驗晶片鈍化層的優(yōu)良程度及樹脂材料的性能。被測對象處于凝露高濕氣氛中，且環(huán)境中氣壓較高，濕氣能進入封裝內部，可能出現(xiàn)分層、金屬化腐蝕等缺陷。

IOL（間歇工作壽命測試）

間歇工作壽命測試是一種功率循環(huán)測試，將被測對象置于常溫環(huán)境Ta=25℃，通入電流使其自身發(fā)熱結溫上升，且使Tj≧100℃，等其自然冷卻至環(huán)境溫度，再通入電流使其結溫上升，不斷循環(huán)反復。此測試可使被測對象不同物質結合面產生應力，可發(fā)現(xiàn)綁定線與鋁層的焊接面斷裂、芯片表面與樹脂材料的界面分層、綁定線與樹脂材料的界面分層等缺陷。對于材質多且材質與材質接觸面比較多的模塊，此通過此項目難度較高。

以上每種可靠性試驗都對應著某種失效模式，可歸納為環(huán)境試驗、壽命試驗、篩選試驗、現(xiàn)場使用試驗、鑒定試驗五大類，是根據環(huán)境條件、試驗項目、試驗目的、試驗性質的不同，試驗方法的不同分類。

這是產品在投入市場前必須進行可靠性試驗。可靠性試驗將失效現(xiàn)象復現(xiàn)出來排除隱患，避免在使用過程中出現(xiàn)可避免的失效。