分立器件和模块都要按标准做常规测试,包括HTRB、H3TRB、HTGS,这些是技术放行的必须步骤,结果会被记录在PQR(产品合格报告)里,网上每个产品都能查到。
但英飞凌不满足于此。
为确保CoolSiCTM MOSFET在这些标准之外依然可靠,1200V技术的所有标准化测试都至少做了3000h,这远超标准要求的时长。这些测试中未发现任何系统性的寿命终期 (EoL) 失效机制,说明CoolSiCTM的可靠性确实过硬。
近年来,很多应用对湿度鲁棒性的要求超过了标准H3TRB条件,必须采取芯片级别的措施来防止器件在湿度环境下的退化,且必须设计实验来加快验证这些措施的有效性。IGBT模块在这些条件下已知的退化机制包括金属腐蚀、晶枝生长等。标准H3TRB认证在85°C/85%相对湿度、VDS=80V下进行,但这不足以保证所有应用的长期可靠性。
如果在分析应用条件时发现极端恶劣条件,就得加测。
如今英飞凌采用80%最大漏源电压下的湿度测试 (HV-H3TRB with 80% VDS,max),确保器件长期可靠运行。文献表明,IGBT模块做1000h这样的测试,足以保证25年寿命。
SiC器件的阻断能力更强,边缘终端尺寸更小,因此需要特殊的钝化技术,即不仅要扛住测试中的极端条件,还要扛住实际应用。为验证SiC芯片全寿命周期的可靠运行,CoolSiCTM MOSFET认证时做了H3TRB和HV-H3TRB,在H3TRB试验以及更严苛的HV-H3TRB试验中发现,从750V到3300V的所有电压等级,无论其正面金属工艺是铝还是铜,均未发现退化机制。SiC边缘终端设计和规则多年未变,这个结果并不意外。
图43 (1200V) 和图44 (750V和3300V铜金属器件) 分别展示了在HV-H3TRB试验前后的I-V曲线,在所有受应力的器件中,漏电流的增加均未超过个位数μA,图43右侧的1200V器件在线漏电流监测数据也印证了这一点,(漏电流未升高,说明器件在应力下没有退化迹象)。


为识别潜在的新型失效机制,还对300个芯片进行了最长3000h的大样本统计试验,未发现系统性EoL机制。光学分析也支持这一结论,图45显示,所有电压等级器件均未观察到退化迹象。按文献中Si芯片数据外推,3000h测试等效于超过75年的安全现场运行。

此外,器件还在脉冲高压湿度条件 (PHV-H3TRB或动态H3TRB) 下进行了测试,同样未发现退化迹象,下一章将进一步展开。
表3汇总了英飞凌对含SiC MOSFET功率模块的长期可靠性测试。通过延长测试时间,英飞凌证明:在表3所示条件下,CoolSiCTM MOSFET未触发任何未知失效模式。结合严格的通过/失效标准,这些认证应力时间足以保证现场可靠运行。

分立器件的可靠性测试中,高运行温度或塑封化合物 (EMC) 可能对器件长期稳定性产生额外影响。因此,英飞凌执行了多项超越标准条件(如JEDEC或AEC指南)的应力测试,其中动态应力测试尤其重要,它们可能触发标准静态测试中观察不到的失效机制,例如给栅极氧化层施加负栅源极电压应力的HTRB (-VGS),或者给终端施加应力的高dV/dt试验,在这些测试应力后,器件性能均未出现显著影响。结果表明,CoolSiCTM MOSFET技术对温度、电压、湿度和动态应力具有高鲁棒性。
表4汇总了TO247封装的CoolSiCTM MOSFET的测试项目:

本公众号内容基于英飞凌2025年10月发布的《英飞凌如何控制和保证基于SiC的功率半导体器件的可靠性白皮书》进行整理、分析与解读,版权归原作者所有,本文仅作学术交流与技术讨论,不构成对原文的实质性替代,详细内容请阅读原文,如有不当引用请联系删除。