CN115792553A - 一种功率半导体热可靠性测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率半导体热可靠性测试装置，包括老化试验电路，该老化试验电路包括加热电源以及分别与其并联的测量电源和若干个测试电路；每个测试电路均包括串联的若干个待测功率半导体老化工位，以及与每个待测功率半导体老化工位分别对应并联的可控开关。本发明设计了为每一个串联的待测功率半导体各自单独附加并联可控开关的老化试验电路，且只需设置一个加热电源和一个测量电源便可以实现恒定结/壳温波动控制策略下的多个待测功率半导体的同时老化的功率循环试验，极大地提升了对功率半导体进行热可靠性测试的测试效率。

Description

一种功率半导体热可靠性测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及半导体测试技术领域，更具体地，涉及一种功率半导体热可靠性测试装置及测试方法。

背景技术

在当今快速发展的工业领域里，电力电子技术起到了非常重要的作用，而其中所涉及到的电力电子器件（或称：功率半导体），例如：绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、场效应管(MOSFET)、双极型晶体管(BJT)和功率MOSFET等广泛地应用在越来越多的电子工业领域。

随着工业领域中电力电子器件应用的进一步扩展，耐大电流、耐高压、高速和低饱和压降的IGBT器件的应用日益广泛。但伴随着功耗加大的同时，也带来了结温过高的问题，这对IGBT器件的可靠性提出了更高的要求，也意味着对IGBT器件的散热设计、散热性能提出了进一步的要求。

一般情况下，电力电子器件包括IGBT器件的失效曲线呈现浴盆型曲线形状。这种失效曲线分为以下三个阶段，即早期失效阶段、偶然失效阶段和耗损失效阶段，如图1所示。为了满足IGBT产品长寿命化的要求，可以通过功率循环实验这种可靠性测试，对IGBT产品的质量水平进行检测。

在功率循环实验中，模拟被测IGBT器件在应用的环境下，在电源接通和关断的周期内，由于被测IGBT器件封装内部将产生不均匀的温度分布，封装内部不同材料间的热膨胀系数不同将产生热—机械应力，并且会引起材料与发热相关的加速老化，从而造成被测IGBT器件的失效。通过功率循环实验中对电性参数的测量、读取和分析，可以评估被测IGBT器件封装内部随着功率循环实验进行而发生的老化过程，并对被测IGBT器件的封装水平进行检测。

功率循环试验是为了评估被测IGBT器件承受由于待机、休眠和某些应用中引起的周期性的、非等温情况下的高低温度循环而导致的热—机械早期失效应力和材料与发热相关的恶化老化的能力。功率循环实验被用来确认被测IGBT器件内部的材料和材料之间的连接层，特别是焊接层和热学界面材料层的性能。功率循环实验由于机械应力的存在，将会对被测IGBT器件造成电性能和/或物理特性上的永久损坏，所以应该被考虑为破坏性测试。

传统功率循环试验平台只能进行小功率单一封装的功率半导体模块的可靠性试验，且即便进行多个功率半导体模块的测试时，其电流就会下降至一半或三分之一，其热可靠性测试的整体测试效率较低，性能/价格比较低，给实际生产或研发中的热可靠性测试带来了诸多不便。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种功率半导体热可靠性测试装置及测试方法，用以解决现有功率循环试验平台的测试效率较低的问题。

为实现上述目的，第一个方面，本发明提供了一种功率半导体热可靠性测试装置，包括老化试验电路，所述老化试验电路包括加热电源以及分别与其并联的测量电源和若干个测试电路；

每个所述测试电路均包括串联的若干个待测功率半导体老化工位，以及与每个所述待测功率半导体老化工位分别对应并联的可控开关；

所述加热电源用于提供加热电流，对待接入所述待测功率半导体老化工位的待测功率半导体进行加热老化；

所述测量电源用于提供测量电流，通过所述测量电流下的饱和压降测量所述待测功率半导体的结温；

所述待测功率半导体老化工位用于为所述测试电路接入所述待测功率半导体；

所述可控开关用于控制通过对应的并联接入的所述待测功率半导体的电流的通断。

进一步地，还包括水冷系统；所述水冷系统包括循环水泵和若干个电磁阀；

每个所述待测功率半导体老化工位均对应地配置一个电磁阀；通过电磁阀流经对应接入的所述待测功率半导体的水可降低该待测功率半导体的结温；整个水循环共用一个所述循环水泵。

进一步地，所述水冷系统还包括水温调节系统，所述水温调节系统通过加热或制冷来对在所述水冷系统中循环的水进行温度调节。

进一步地，所述电磁阀为二位三通电磁阀；

所述二位三通电磁阀包括水路和气路，可实现水路和气路的切换。

进一步地，所述水冷系统还包括散热器，在所述散热器表面设置有导线槽，该导线槽可将热电偶固定在槽内，并使该热电偶的前端贴于所述待测功率半导体下的底板，以此来测量所述待测功率半导体的壳温。

进一步地，所述待测功率半导体包括Si、SiC或GaN的全控、半控或不控功率器件。

进一步地，还包括装置安全保障系统；

所述装置安全保障系统对于所述加热电源、所述测量电源和所述待测功率半导体的驱动系统的故障的安全监测指标为所述饱和压降；

所述装置安全保障系统对于所述待测功率半导体的热冲击故障的安全监测指标为所述壳温；

所述装置安全保障系统对于所述水冷系统的不工作故障的安全监测指标为水温；

所述装置安全保障系统对于所述水冷系统的水管漏水故障的安全监测指标为水位。

第二个方面，本发明提供了一种功率半导体热可靠性测试方法，包括：

将若干个待测功率半导体依次串联并与一个加热电源和一个测量电源连接以实现加热电源提供加热和测量电源提供测量的共享，还为每个所述待测功率半导体分别并联一个可控开关；

对每个所述待测功率半导体通过对应的可控开关的通断操作分别各自独立地进行对应的恒定结温波动的功率循环测试，其中包括通过所述测量电源提供的测量电流来获取所述待测功率半导体对应的饱和压降；

基于所述待测功率半导体对应的饱和压降，通过结温-饱和压降线性函数以获取对应的所述待测功率半导体对应的结温，并进一步获取所述待测功率半导体对应的瞬态温度响应曲线，以实现对所述待测功率半导体的热特性的测量。

进一步地，所述结温-饱和压降线性函数的获取方式包括：

将所述待测功率半导体置于恒温箱中，设置第一预设温度为目标温度，使用功率稳定的加热电流对封装的所述待测功率半导体进行加热；

待恒温箱的温度恒定即达到第一预设温度，关断所述加热电流并导通测量电流对所述待测功率半导体进行测量，记录所述第一预设温度下所述待测功率半导体的第一饱和压降值；

关断所述测量电流并导通所述加热电流，对所述待测功率半导体继续进行加热，直至达到第二预设温度的目标温度后，再次关断所述加热电流并导通所述测量电流，记录所述第二预设温度下所述待测功率半导体的第二饱和压降值；

重复以上步骤，继续再次关断所述测量电流并导通所述加热电流，对所述待测功率半导体继续进行加热，直至最终达到所述待测功率半导体的最高工作结温的第N预设温度后，再次关断所述加热电流并导通所述测量电流，记录所述第N预设温度下所述待测功率半导体的第N饱和压降值；

通过拟合软件对多次记录的预设温度和饱和压降值进行线性拟合，获取所述待测功率半导体对应的所述结温-饱和压降线性函数。

进一步地，还包括分辨键合线失效和焊料层失效的方法，其具体包括：

监测所述待测功率半导体在开通时刻、开通完成时刻、关断时刻和关断完成时刻的热阻和饱和压降，判断饱和压降是否超出预设阈值，即可分辨出封装失效的原因是键合线失效还是焊料层失效。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

（1）本发明设计了为每一个串联的待测功率半导体各自单独附加并联可控开关的老化试验电路，且只需设置一个加热电源和一个测量电源便可以实现恒定结/壳温波动控制策略下的多个待测功率半导体的同时老化的功率循环试验，极大地提升了对功率半导体进行热可靠性测试的测试效率。

（2）本发明的老化试验电路采用了整个水循环共用一个循环水泵，各老化工位单独加电磁阀的系统结构设计，从而精简了测试装置的结构。

（3）本发明的电磁阀采用了包括水路和气路的二位三通电磁阀，可实现水路和气路的切换，从而可使在对待测功率半导体进行加热时，可将散热器中的滞留水尽可能地排掉，从而提升了对待测功率半导体进行加热的加热速率。

（4）传统功率循环试验平台只能进行小功率单一封装的功率半导体模块的可靠性试验，而本发明可以同时进行不同功率器件、不同电流的可靠性测试，器件包含Si、SiC、GaN等全控、半控及不控功率器件的可靠性测试，拓展了现有功率循环试验平台的适用范围。

（5）本发明为各种类型的故障配置了相应的安全监测指标，对相应安全监测指标的监测就可以实现对各种类型故障的监测，从而能够更好地保护功率半导体热可靠性测试装置。

（6）传统的功率循环试验平台不能判定功率器件可靠性问题出现的原因，无法对现有功率半导体失效的原因进行判定，也就无法进一步对其可靠性问题进行改进和提高，而是需要通过人工来拆解进行二次判定，效率较低。本发明采用四个特征点对特征量进行采样、计算或判断，通过精确判定和测量防范，可以准确区分功率器件封装失效的原因（例如：键合线失效、焊料层失效），在器件寿命估计和提高器件封装可靠性方面具有重大意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的电力电子器件失效随时间变化的曲线示意图；

图2为本发明实施例提供的功率循环测试方法原理图示，其中I_Load为加热电流，I_Sense为测量电流，T_on为加热阶段，T_off为测量阶段；

图3为本发明实施例提供的单测试支路老化试验电路；

图4为本发明实施例提供的多测试支路老化试验电路；

图5为本发明实施例提供的恒定结温波动的功率循环老化试验方案图示；

图6为本发明实施例提供的加热电流加热所有IGBT模块的电路示意图；

图7为本发明实施例提供的测量电流测量所有IGBT模块结温的电路示意图；

图8为本发明实施例提供的IGBT1导通加热、IGBT2关断散热的电路示意图；

图9为本发明实施例提供的IGBT1关断散热，IGBT2导通加热的电路示意图；

图10为本发明实施例提供的饱和压降V_ce测量电路示意图；

图11为本发明实施例提供的结温T_j与饱和压降V_ce的线性关系拟合直线图；

图12为现有技术提供的壳温测量装置结构示意图；

图13为本发明实施例提供的水冷散热器剖面图；

图14为本发明实施例提供的水冷系统结构示意图；

图15为现有技术提供的二位二通水阀工作示意图；

图16为本发明实施例提供的二位三通水阀工作示意图；

图17为本发明实施例提供的电流源和驱动系统故障保护流程示意图；

图18为本发明实施例提供的IGBT热冲击保护流程示意图；

图19为本发明实施例提供的制冷机故障保护流程示意图；

图20为本发明实施例提供的液位传感器安装示意图；

图21为本发明实施例提供的漏水保护流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

术语“包括”或“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还可以包括没有列出的步骤或单元，或可选地还可以包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

IGBT功率循环测试装置是通过外部测试条件加速被测功率半导体器件IGBT的老化过程，以便于进行器件的可靠性与可测试评估、失效机理研究等；通过外部电流和散热冷却的合理装载与施加，使得被测功率半导体器件IGBT内部产生较大的温度循环变化以达到加速功率半导体器件IGBT老化的目的，从而可以模拟IGBT焊料层和键合线老化失效，加速故障进程，有效缩短实验时间，为IGBT寿命与疲劳失效预警提供重要依据。

功率循环加速老化试验虽然能够加速IGBT的老化衰退进程，但是现有的功率循环加速老化试验一般也需要耗时数月之久，如果一次只对一个功率模块进行单一控制策略（如恒定结温波动△T_j）下的老化，即使老化试验过程顺利，由于老化样本数据少且无对比工况下的老化数据，也无法证实预设理论或获得准确且有说服力的结论。如果继续依次对多个模块进行加速老化，这虽然能够保证获取足够多的老化样本数据，但是至少需要耗时半年以上，因此同一时间只能老化单个IGBT器件的试验是不合理的。

为实现同时可老化多个IGBT的目的，一是增加老化装置个数；二是增加单个老化装置的老化工位。为降低试验成本，本实施例采用增加单个老化装置老化工位的方法，为实现IGBT结温波动，至少需要为老化装置配置一个加热电流源，在不采用其他控制方法的前提下，由于IGBT模块自身参数的差异性，不同IGBT模块的功率循环过程是不可能保持严格一致的，所以在不加其他控制开关的前提下，采用多个模块串联共用一个加热电流源实现恒定结温波动△T_j或壳温波动△T_c的老化试验是不可能的。如果为每一个老化工位配置一台加热电流源，一是增加成本，二是会增大老化装置的体积，相比于增加老化装置个数的方法并不存在较大优势。

本实施例以老化装置只需一个加热电流源便可以实现恒定结/壳温波动控制策略下的多个IGBT的同时老化为设计指导思想，提出为每一个串联的IGBT附加并联可控开关的老化试验电路，如图3和4所示。

通过不同测试支路的开关切换，多个待加速老化IGBT器件串联接入主电路中同时老化，在较短时间内可提供足够多的IGBT老化衰退数据，成倍提高了加速老化试验效率。另外，该加速老化电路只需要一个加热电流源和一个测量电流源，相比市场上的加速老化装置为每一个待老化IGBT器件配置一套加热电流源和测量电流源的方法，有效降低了制作成本和减小了装置体积。通过对与IGBT并联的可控开关Spn的导通关断控制，保证IGBT模块的快速功率循环各自独立，互不干扰。以两个IGBT模块串联为例，恒定结/壳温波动和固定导通关断时间控制策略下老化试验方案如下所述。

如图5所示，其中T_jmax表示功率循环中结温的最高值；T_jmin表示功率循环中结温的最低值；驱动V_gel表示IGBT1模块的驱动电压，高电平表示IGBT1导通加热，零电平表示IGBT1关断散热；并联开关Sp1表示与IGBT1并联的可控开关，其中高电平表示导通，零电平表示关断；驱动V_ge2表示IGBT2模块的驱动电压，高电平表示IGBT2导通加热，零电平表示IGBT2关断散热；并联开关Sp2表示与IGBT2并联的可控开关，其中高电平表示导通，零电平表示关断；加热电流表示加热电流源，高电平表示加热电流接入主电路，零电平表示未接入主电路；测量电流表示测量电流源，高电平表示测量电流接入主电路，零电平表示未接入主电路。通过图5所示的开关Sp1和开关Sp2实现加热电流和测量电流以固定周期互补导通，为后文表述方便，这里将加热电流导通、测量电流关断的阶段定义为“加热阶段”，将加热电流断开、测量电流导通的阶段定义为“结温采集阶段”。

（1）t₀-t₁加热阶段

t₀时刻功率循环老化试验开始，此时加热电流导通、测量电流关断，Sp1和Sp2关断，IGBT1和IGBT2均导通，加热电流流经IGBT1和IGBT2，开始对IGBT1和IGBT2加热，IGBT1和IGBT2结温开始升高。加热电流加热所有IGBT模块的电路示意图如图6所示。

（2）t₁-t₂结温采集阶段

此时加热电流关断，测量电流导通，Sp1和Sp2均关断，测量电流流过IGBT1和IGBT2。通过采集测量电流下IGBT1和IGBT2的饱和压降，可间接测得IGBT1和IGBT2的结温（具体的实现方式将在下文论述）。测量电流测量所有IGBT模块结温的电路示意图如图7所示。此时判断知IGBT1和IGBT2的结温都未升至最高结温，所以下一周期IGBT1和IGBT2继续保持加热状态。值得注意的是，测量电流值较小，对IGBT基本上无加热效应，IGBT结温在此结温采集阶段会有一定的下降，但是在实际的老化试验中，采集时间段只有几毫秒，并不影响老化试验效果。

（3）t₂-t₃加热阶段

加热电流导通，测量电流关断，Sp1和Sp2均关断，IGBT1和IGBT2导通，结温继续升高，如图6所示。

（4）t₃-t₄结温采集阶段

此阶段测量结温，IGBT1的结温未升至T_jmax，所以下一个加热阶段，IGBT1继续导通保持加热状态。IGBT2的结温已升至T_jmax，所以下一个加热阶段，IGBT2关断进入散热状态，结温开始下降。

（5）t₄-t₅加热阶段

此阶段中，IGBT1处于加热状态，而IGBT2处于散热状态，因此IGBT1需要通加热电流，而IGBT2不需要通加热电流，所以此时控制与IGBT2并联的可控开关Sp2导通，加热电流经Sp2和IGBT1形成回路，继续对IGBT1加热。IGBT1导通加热、IGBT2关断散热的电路示意图如图8所示。

（6）t₅-t₆结温采集阶段

此阶段测得IGBT1的结温已升至T_jmax，IGBT2的结温已降至T_jmin，所以下一加热阶段IGBT1关断处于散热状态，IGBT2导通处于加热状态。

（7）t₆-t₇加热阶段

此阶段加热电流导通，测量电流关断，IGBT1处于散热状态，IGBT2处于加热状态，所以开关Sp1导通，加热电流流经Sp1和IGBT2。IGBT1关断散热，IGBT2导通加热的电路示意图如图9所示。

由上述工作原理分析，特别是通过对比t₄-t₅和t₆-t₇的工作状态可知，IGBT1和IGBT2的功率循环各自独立，互不干扰，即使IGBT1的设定结温波动△T_j1和IGBT2设定结温波动△T_j2不一致时，如△T_j1>△T_j2，该电路依旧能够完成相应的老化试验。

在老化试验的过程中，加热电流和测量电流的导通关断时间、结温上限T_jmax和结温下限T_jmin等参数都可以作为初始参数在开始老化试验之前进行设定，因此在老化试验的进程中，只需要控制要老化的IGBT模块和与其并联的可控开关即可。为准确确定老化IGBT模块控制逻辑，特定义不同开关状态对应的事件及逻辑值。

基于本发明的可靠性测试思路研制的本实施例的功率循环热可靠性测试装置，该装置主要包括如下五个部分的设计：装置电气连接设计、结/壳温测量设计、水冷系统设计、装置保护电路设计、监控系统整体方案设计。

一、装置电气连接设计

为满足本实施例设计任务的要求以尽可能减少定制部件，多使用标准化产品为设计指导思想，特做如下设计。

（1）老化试验电路的电气连接设计

以标准机柜宽度尺寸为准，设计并定制了能够同时放置多个IGBT功率模块的安装板。

老化试验主电路的安装采用垂直放置、散热水冷系统和电气连接部分隔开的方法，主要有以下几个优点：

①支撑板采用垂直放置，而不是水平放置的方法，一是方便IGBT模块的拆装，因为老化试验进程中，需要每隔一段时间就要将IGBT模块取下，放到恒温箱中测量其特征量（如特定结温下的饱和压降V_ce），如果采用水平放置的方法，不方便试验人员操作；二是采用垂直放置的方法，即便是水管连接处发生漏水现象，泄露水只会下流，不会造成电气连接的短路，增加了装置的安全性。

②主电路电气连接部分和水冷散热系统分居支撑板两侧，主要是防止水管连接处发生漏水时可能造成的电气短路故障，水管内水压较大，一旦发生漏水，泄露水可能会四处喷洒，由于电气连接部分和水管被支撑板隔开，泄露水基本上不会造成电气短路故障。

③主电路采用规格化铜排实现电气连接，一是方便IGBT模块的拆装；二是因为在结温波动△T_j的老化试验进程中，需要采集老化IGBT在测量电流下的饱和压降来间接测得其结温，由于测量电流比较小，电气连接线电阻的不同会造成测量的误差，导致测得的结温有较大误差，为减小测量误差，采用规格化的铜排保证各老化模块测量电路的一致性。

（2）加热电流源和测量电流源的选择

加热电流源的选择主要依据待老化IGBT模块的额定参数确定，因为本实施例的装置设计的首要目的是老化额定电流为3600A的IGBT模块，其内部为3个1200A的IGBT并联，所以将20V/30kW的电流源作为加热电流源使用。

测量电流源用于通过小电流下的饱和压降测量IGBT的结温，测量电流比较小，本实施例采用100mA测量电流下的饱和压降作为测量结温的热敏参数，选择60V/5A/100W的测量电流源可足够同时测量设计目标的6个IGBT模块。

二、结/壳温测量设计

老化试验电路能够完成基于结温波动△T_j和基于壳温波动△T_c的老化试验，所以老化试验电路应能够测量结温和壳温，下面分别介绍其设计思路。

（1）结温测量设计

在IGBT加速老化的进程中，能否准确测得结温，决定着整个老化进程中获取数据的精确度等级。如果在老化加热的过程中不能准确测得模块的结温值，IGBT模块可能一直处于加热状态，当其结温值超过最大允许值（一般最大值为150℃），器件极有可能发生“雪崩”，甚至烧毁芯片，轻者导致整个老化装置的损坏，重者引发火灾等灾难性事故。另外，对IGBT模块实施加速老化试验，目的是发现能够反映器件老化衰退进程的特征量，而这些特征量如饱和压降、稳态热阻、栅极驱动信号和开关时间都随着结温的变化而变化，因此准确测量IGBT的结温对后续IGBT可靠性问题的顺利开展也是至关重要的。

通过从线性度、敏感度、准确度和通用性等多个性能指标比对证实小电流下集射极压降为最优热敏参数。同时参考IEC6074-9：2007标准，小电流应恰好足以使集电极-发射极饱和压降V_ce超过其饱和值，且对芯片的热效应可忽略，本实施例采用100mA的测量电流下饱和压降V_ce作热敏参数，饱和压降V_ce测量电路示意图如图10所示。

小测量电流下的集电极-发射极电压结温系数k需要在恒温环境下测量，测量时需将IGBT置于恒温箱中，等到结温恒定后才通测量电流，然后记录当前温度下的饱和压降值。测量结温的具体步骤如下所述。

搭建测量电路，恒温箱上电并设定目标温度T，对IGBT模块进行整体加热，等待直至恒温箱内温度稳定，此时可以认为IGBT的结温已达到设定的目标温度T。然后发出门级驱动信号使IGBT器件导通，并记录当前结温下的饱和压降值。重新设定目标温度，重复以上步骤，直至温度接近IGBT的最高工作结温。将所有数据记录好后，对数据进行线性拟合，得到结温T_j与饱和压降V_ce的校准曲线k曲线的函数表达式T_j=f（V_ce）。测量得到的IGBT模块的k曲线如图11所示。采用OriginPro软件对数据进行线性拟合得到T_j =f（V_ce）的具体表达式为:

本方法强调使用一个稳定的加热功率，使一个封装的半导体器件从"相对冷却"的状态到"相对加热"的状态，达到热平衡状态后，再切换掉加热功率，并在半导体器件上通过微小的测量电流进行测量，得到半导体器件的温度冷却曲线，从而得到半导体器件的瞬态温度响应曲线，在很短的时间内就可以完成一个完整的半导体器件热特性的测量。通过软件分析可以得到半导体器件在一个给定的环境中的非常精确的温度随时间的瞬态变化曲线。功率循环测试方法的原理图示如图2所示。

（2）壳温测量设计

目前国内外尚未有通用标准规定IGBT壳温的测量方法，考虑到IGBT工作时，功率损耗产生的热量主要是垂直向下传递，可将热电偶紧贴IGBT芯片正下方的铜底板来实时获取壳温T_c，测量方式如图12所示。本实施例设计了一套留有热电偶导线孔的水冷散热器，散热器三维剖面如图13所示，这个导线孔虽然会干扰流向散热器的热通量，然而由于IGBT模块铜底板的热扩散，这种干扰引起的偏差不大于5%。

但是如果将热电偶垂直通过导线孔直接贴于铜底板，存在无法固定热电偶的问题，装置搬动以及老化工作时产生的震动可能导致热电偶脱离铜底板，此时就无法保证测量壳温的准确性，如果再次固定热电偶需要拆装IGBT及散热器，工作量较大且无法彻底解决该问题。鉴于此，本实施例在设计的散热器表面再开了些导线槽，将热电偶导线固定在这些导线槽内，如图13所示，并使用导热双面胶将热电偶前端紧紧贴于铜底板上，从而彻底解决了上述问题。

三、水冷系统设计

为提高老化试验的效率，在IGBT处于散热状态时散热器应通水，加快温度下降，在IGBT处于加热状态时，应不通水。但是本装置同时对多个串联IGBT模块老化，由于模块和电路间的差异性，各个模块的功率循环不可能保持时间上的完全一致，这就决定了每个散热器的通水时序也是不一致的。因此，从理论上来说各老化IGBT的冷却水循环系统应是独立的，这就需要为每个工位配置一个水泵，这不仅加大了装置安装的工作量以及控制程序的复杂性，更重要的是增加了成本，不能体现多个模块串联同时老化的优异性。鉴于此，本实施例设计的装置采用整个水循环共用一个水泵，各工位单独加电磁水阀的系统结构，如图14所示。

（1）水箱设计

在本实施例中，因为整个老化装置要放置在19英寸的标准机柜内，所以希望冷却水箱体积不能过大，否则太占据空间，也不能过小，否则水温上升过快，水制冷机一直处于工作状态，一是噪声太大，二是水一直在制冷机和水箱内循环，用于IGBT散热的水量可能就不够，所以需要合理设计水箱的体积。

假定冷却系统需要为4个老化IGBT、4个并联开关、1个加热电流源控制开关，共9个IGBT进行水冷散热，但是老化IGBT和对应并联开关是互补导通的，所以同一时间最多有5个IGBT工作。

在老化试验中，特别是恒定壳温波动△T_c的功率循环试验中，为了实现参考最低结温△T_cmin低于环境温度的功率循环试验，冷却水的水温设置比较低，只有几摄氏度，为了减少水和外界环境间的能量交换，整个水箱被隔热棉包裹，只有上盖处开有水管槽。

（2）水制冷/热机选择

老化试验进程中，冷却水吸收了大部分IGBT散热时的热量，在老化装置长时间全天候的工作状态中，水温会逐渐升高，当水温升高到一定程度时，不仅无法起到加速IGBT散热的功能，甚至使得IGBT模块的结温永远无法下降至设定温度的下限，一直保持在散热状态，无法完成对IGBT的加速老化。因此采用冷水机控制水箱中的冷却水保持在一个低温范围，不需要人工换水，这不仅提升了装置的自动化程度，同时使得装置的工作地点可灵活安置，不受工作环境水源的限制。另外在恒定壳温波动的功率循环试验中，为了实现参考最低结温△T_cmin有较大的选择范围，所以要求制冷机也同时应具有加热功能。

水冷机主要依据以下几项标准选择

①具有制冷和加热功能；

②体积和尺寸，水冷机应能放置于标准机柜内，体积不能过大；

③控制水温波动在5℃以下，精度1℃；

④水冷/热机功率要大，制冷速率要二倍于40L水温的上升速率。

（3）二位三通电磁阀的选择

为提高老化试验的效率，在IGBT处于散热状态时散热器应通水，加快温度下降，在IGBT处于加热状态时，应不通水。但是由于本装置采用的是多个模块串联同时老化的电路，而且希望整个水循环系统只使用一个水泵，如果采用二位二通电磁阀，二位二通电磁阀的安装图如图15所示，此时安装在散热器1上的IGBT1此时正处于加热状态，散热器2上的IGBT2处于散热状态。为了加快IGBT1的加热速率，散热器1中应不通水，所以此时水阀是关断的，为了加快IGBT2的散热速率，散热器2中应通水，所以此时水阀是导通的。但是此时散热器1中会有上一个功率循环周期冷却阶段通水时留下的滞留水，这样在IGBT1加热时，相当于同时对IGBT1和滞留水同时加热，极大延缓了IGBT1的结温上升速率，降低了功率循环试验的效率，所以应采取一定的策略，保证在IGBT1的加热阶段时，使散热器中的滞留水能够被排掉，而采用二位三通电磁阀即可实现此功能，二位三通水阀安装及工作原理如图16所示。

其中二位三通电磁水阀有A、B两个通道，当电磁阀通电时，A通道开，B通道则关；当电磁阀断电时，A通道关，B通道开。在本装置中，选择A通道作为气路，B通道作为水路。如图16所示，当IGBT1处于加热阶段时，电磁阀通电，水通道关，气通道开，将散热器中的滞留水排掉，确保散热器中无水，尽可能地不影响加热速率，IGBT2处于散热阶段，水泵工作，电磁阀断电，气通道关，水通道开，冷却水流经IGBT2散热器，加速IGBT2的散热速率。

四、装置保护电路设计

为实现老化装置全自动化长时间安全可靠运行，保护系统必不可少，因此应根据老化装置的基本组成部分，分析各部分可能发生的异常情况，并寻找用于监控这些异常情况的监控量，老化装置工作时实时监控这些特征量，当监控量发生异常时，即可判断可能出现的故障，并做出相应的故障保护。

装置主体包含电气连接和水循环系统两个部分，从这两个系统考虑，装置可能出现的故障以及故障造成的特征量总结于表1所示。

故障类型	对应设备或事故	保护控制监测量
			电气故障	加热电流源 测量电流源 IGBT驱动系统 IGBT热冲击	饱和压降Vce 饱和压降Vce 饱和压降Vce 壳温Tc
水系统故障	水冷机不工作 水管漏水	水温 水位

表1可能出现的故障及监控量

（1）电气故障保护设计

①电流源和IGBT驱动系统故障保护设计

老化试验电路采用IGBT串联结构，如果加热电流源和测量电流源发生故障，导致无电流输出，整个回路则无电流流过；如果IGBT驱动板或者电气连接线发生故障，导致主电路断路，主电路回路也无电流流过。由老化试验原理可知，在IGBT老化试验的过程中，需要实时监测IGBT的饱和压降V_ce，一旦主电路无电流流过，那么IGBT的饱和压降则为零，所以直接选择IGBT的饱和压降作为保护监控量，用以监控加热电流源、测量电流源、和IGBT驱动系统出现的电气故障，这样就简化了装置的保护设计，不需要添加其他硬件设备，保护流程如图17所示。

②IGBT热冲击保护设计

如果加热电流源控制开关S1控制失效、或者老化IGBT驱动异常，可能会导致待老化的IGBT一直处于加热导通状态，那么IGBT的温度很有可能超过其温度上限，导致IGBT热击穿故障。因为在加热电流导通情况下，采集到的饱和压降V_ce不能用于IGBT结温的预测，所以只能通过监测IGBT壳温，判断其结温是否超过上限，如果超过上限，则启动保护动作。

采用将热电偶紧贴IGBT铜底的方法，本装置能够实时监控IGBT的壳温，因此在老化试验的过程中，实时监测待老化IGBT模块和并联开关的壳温，并设定最高壳温的限制，一旦发现有壳温超过限制值，则自动停机，保护流程如图18所示。

（2）水循环系统故障保护设计

①制冷机故障保护设计

老化试验中，冷却水吸收了大部分IGBT散热时的热量，水温会逐渐升高，如果水温大于结温波动△T_j功率循环试验中设定的最低结温T_jmin时，不仅无法起到加速IGBT冷却速率的功能，甚至使得结温一直无法降至T_jmin，IGBT一直处于散热状态，无法顺利完成结温波动循环，因此老化装置包含有水冷机，但是当水冷机出现故障时，水温就变得不可控，所以应设计制冷机故障保护电路。

老化装置中选择的水冷机的回差温度为±2℃，即水温能恒定在设定温度±2℃范围内，所以选择水温作为水冷机故障的监控量，当水温超过设定温度范围时，即可认为制冷机故障，执行停机保护动作。采用将热电偶贴于水箱（水箱被隔热棉包裹）的表面测量水温，保护流程如图19所示。

②漏水保护

水循环系统中，有许多水管连接处，如散热器和水管连接、二位三通水阀和水管连接、水冷机和水管连接等，虽然在这些连接处采用密封生胶带和喉箍防止漏水，但是随着老化装置长时间运行，很有可能会发生漏水。一旦发生轻微漏水，水管内水压比较大，可能会导致更加严重的漏水，甚至四处喷洒，威胁整个老化装置的安全，所以要设计漏水保护。

采用液位传感器实时监测水位，安装示意如图20所示。将液位传感器放入水箱中，其回路电流信号会随着水位的变化而改变。使用控制器模拟量采集通路直接采集电流信号，经过控制器处理后即可知当前水位，如果当前水位低于设定水位范围值，则认为水循环系统发生漏水故障，立即执行停机保护动作，保护流程如图21所示。

五、监控系统整体方案设计

（1）监控系统功能需求分析

根据老化试验装置实现功能流程及考虑监控系统设计发展趋势，对监控系统的功能需求如下。

①装置运行管理能力。监控系统应具有对功率循环参数、冷却水水温、加热电流和测量电流开关断时间、功率循环模式等参数的设置和修改功能，而且要保证操作实现简单、方便、直观。

②实时数据采集和显示。监控系统能完成对壳温、水温、水位、电流源运行状况等数据的的采集，并在人机界面动态显示出来，完成系统的监控功能。

③数据处理功能。监控系统能完成对功率循环模式、功率循环所需时间、功率循环周期数、相同结温上升时间、装置运行时间、采集结温变化趋势等数据的存储和管理，并能够导出或打印。通过分析数据，可大致判断IGBT老化状态，并优化加热电流和测量电流开关断初始参数的设置。

④预警故障处理功能。监控系统能实时检测出由于装置硬件故障造成的水位降低、壳温过高、水温过高、电流源故障、电气连接等异常情况，并及时报警、自动停机以避免安全事故的发生。

⑤自动化运行功能。监控系统应能够全自动运行，对所有自动电动阀门能自动控制，不需要人为干预或者守候。

（2）监控系统设计原则

基于监控系统功能需求，并结合后续多台老化装置组网运行要求以及当前监控系统发展趋势，系统的设计原则可归纳为：

①可扩展性。监控系统应采用开放式体系结构，具有较强的可扩展能力。老化装置后续还要集成恒温箱，具备测试和加速老化试验一体化功能，增加更多的老化IGBT模块，保护电路也要随着装置的运行逐渐添加和改善。所以监控系统应具有较强的适应能力，能方便装置的完善升级。

②集成性。监控系统应具有一定的集成兼容能力，需要开放诸如OPC（OLE forProcess Control）等对外集成接口，能够与后续老化特征量测量环节和IGBT可靠性管理操作等实现无缝连接，无需额外开发控制系统。

③安全性。监控系统具有合理的密码管理和操作访问权限设计。

④人性化。监控系统应具有友好的人机操作界面，方便操作。组态界面设计应尽量符合工艺流程，并动态地显示装置实际的工作状态，且具有完善的组态文档帮助系统。

（3）监控系统结构设计

通过以上对装置监控系统功能需求和设计原则的分析，本实施例构建了一套由集中控制层（Labview上位机）和设备控制层（NI分布式采集卡）组成的二级分散控制系统。作为集中控制层的上位机监控系统，能提高友好、全面的人机操作界面，处理自动控制任务，完成数据显示、数据存储，装置工作状态动作显示，故障预警等功能，实现对装置的全面监控和管理。NI分布式采集卡作为设备控制层的核心，采集数据，并完成数据的逻辑判断和计算后，一方面将数据上传至工控机并以图形、I/O域等控件显示在工控机屏幕上，另一方面按照预设指令将逻辑判断结果送至NI分布式采集卡输出模块，输出逻辑信号控制执行机构完成继电器、电磁阀、水泵电机等的动作。

模块化结构的NI分布式采集卡，具有多种规格的开关量输入模块、模拟量输出模块、模拟量输入模块、通信模块等，各模块间采用独立接线方式，安装和维护方便。当装置需要升级或扩展时，只需添加相应的模块即可。NI分布式采集卡还具有联网功能，可将装置连接起来，构成分布式控制。Labview软件设计的工控机人机界面友好，操作全面，并采用OPC协议和PLC实现数据通信。该监控系统不仅符合功能需求，也遵守了易扩展性、集成性、安全性、人性化的设计原则。

在另一个实施例中，一种功率半导体热可靠性测试方法主要包括以下几个步骤：

将若干个待测功率半导体依次串联并与一个加热电源和一个测量电源连接以实现加热电源提供加热和测量电源提供测量的共享，还为每个所述待测功率半导体分别并联一个可控开关，如图3所示。

对每个待测功率半导体通过对应的可控开关的通断操作分别各自独立地进行对应的恒定结温波动的功率循环测试，其中包括通过测量电源提供的测量电流来获取待测功率半导体对应的饱和压降。前文已经对两个IGBT模块串联情况下的恒定结/壳温波动和固定导通关断时间控制策略下老化试验方案做了详细阐述，此处同理，就不再赘述。

基于待测功率半导体对应的饱和压降，通过结温-饱和压降线性函数以获取对应的待测功率半导体对应的结温，并进一步获取待测功率半导体对应的瞬态温度响应曲线，以实现对待测功率半导体的热特性的测量。

结温-饱和压降线性函数的获取方式具体包括：

将待测功率半导体置于恒温箱中，设置第一预设温度为目标温度，使用功率稳定的加热电流对封装的待测功率半导体进行加热。

待恒温箱的温度恒定即达到第一预设温度，关断加热电流并导通测量电流对待测功率半导体进行测量，记录第一预设温度下待测功率半导体的第一饱和压降值。

关断测量电流并导通加热电流，对待测功率半导体继续进行加热，直至达到第二预设温度的目标温度后，再次关断加热电流并导通测量电流，记录第二预设温度下待测功率半导体的第二饱和压降值。

重复以上步骤，继续再次关断测量电流并导通加热电流，对待测功率半导体继续进行加热，直至最终达到待测功率半导体的最高工作结温的第N预设温度后，再次关断加热电流并导通测量电流，记录第N预设温度下待测功率半导体的第N饱和压降值。

通过拟合软件对多次记录的预设温度和饱和压降值进行线性拟合，获取待测功率半导体对应的结温-饱和压降线性函数，结温T_j与饱和压降V_ce的线性关系拟合直线图如图11所示。

一种功率半导体热可靠性测试方法还包括分辨键合线失效和焊料层失效的方法，该方法包括：监测待测功率半导体在开通时刻、开通完成时刻、关断时刻和关断完成时刻的热阻和饱和压降，判断饱和压降是否超出预设阈值，即可分辨出封装失效的原因是键合线失效还是焊料层失效。

更具体的，采用四个特征点对特征量进行采样计算，采用此方法记录数据可以将IGBT模块在加热开关前后的数据记录完全。同时需要计算出该特征值（IL、V_ce.sat、T_j.max和T_j.min等等），在进行一定周期数后，需要对模块的结构函数进行记录，直接测量的是模块的瞬态热阻抗Z_th，后续通过求导、离散化反卷积以及模型转换得到模块的结构函数。具体的程序流程如下：

（1）设定实验的基本条件以及失效标准，失效标准一般选用V_ce.sat、T_j.max以及R_th，如果有必要可以增加其他的失效标准判定。

（2）达到实验条件后开始进行实验，在过程中记录过程中的四个点，同时计算出二次计算得到的量，比如T_j.max和T_j.min等。

（3）判定模块是否达到失效标准。

（4）进行Z_th测量。

每个采集点均需要采集IL、V_ce.sat和T_c。四个采集点测量的数据即为当前循环的特征值，其他数据，例如T_j.max、R_th等等，均是由二次计算得到。每个采集点对应的具体的电压电流以及开关状态如下：

（1）初始被测IGBT开通时刻，被测模块经过了一段时间的通电加热，造成了结温逐渐上升，程序准备切换控制模块的开关状态，此时壳温微微有所上升，这时测量的饱和压降为大电流下的饱和压降。

（2）被测IGBT开通完成时刻，支路的电流刚刚关断，但是结温还处在上升的阶段，程序自行通过算法判断延迟采样时间，通过计算算出最高结温下的小电流饱和压降，此时的最高结温是通过校准曲线换算得到的。

（3）被测IGBT关断时刻，被测模块经过一段时间的冷却，结温下降，程序已经准备将加热电流切换到该支路，此时需要测量被测模块的最低结温，此时的结温同样是依靠校准曲线和小电流下的饱和压降得到；

（4）被测IGBT关断完成时刻，被测模块的加热电流再次导通，此时的饱和压降为大电流下的饱和压降。

IGBT器件在功率循环过程一般会同时发生键合线和焊料层老化，焊料层的老化严重影响了散热路径，很大程度上使得最大结温升高，最终影响了饱和压降，只监测关断点附近的饱和压降，并用来判定键合线的连接状态，还是不够的，可通过开通之前的热阻和饱和压降，判定饱和压降是否超出阈值，即可分辨出键合线和焊料层老化。

传统功率循环试验平台不能判定功率器件可靠性问题出现的原因，无法对现有功率半导体失效的原因进行判定，也就无法进一步对其可靠性问题进行改进和提高，需要通过人工来拆解进行二次判定，效率较低。通过本发明的精确判定和测量防范，可以准确区分功率器件封装失效的原因（例如：键合线失效、焊料层失效），在器件寿命估计和提高器件封装可靠性方面具有重大意义。

市场上现有的功率循环试验平台的主要问题如下：只能同时进行单个功率的可靠性试验，效率低，性能/价格比低，给实际测试带来诸多不便。本发明实施例的功率循环系统，可以进行功率半导体器件的功率循环测试与验证，该系统包含3条测试支路，每条测试支路可以测试至少两只功率半导体器件，系统可以给功率半导体器件提供可调节的驱动电压、冷却系统（水冷和散热器），系统配置有高精度的温度探头，可将系统关键部位的温度实时上传至系统主控制器中，此外，系统还配置有高可靠性的电源，为功率器件进行功率循环所必备的加热功率，使得功率器件重复相同的温度循环过程，从而达到加速寿命试验的目的。测试方法符合IEC 60747-9: 200，AQG324等相关标准。

本发明实施例可以同时进行3条或更多支路的功率循环试验，且不减小试验电流，比如1500A试验平台，可以同时进行3条支路共6个功率器件1500A的功率循环测试。而国内外公司的试验平台只能测试单个器件，在进行多个器件测试时，电流就会下降至一半或三分之一。

传统功率循环试验平台只能进行小功率单一封装的功率半导体模块，本发明实施例可以进行不同功率器件、不同电流的可靠性测试，器件包含：Si、SiC、GaN等全控、半控及不控功率器件的可靠性测试，可以进行6000A电流等级以下的测试与试验。通过加入加热电流为1500A*4和器件导通电压为8V的水平下对包括IGBT器件在内的被测电力电子器件进行瞬态热测试；最大在加热电流为1500A*4的水平下对包括IGBT器件在内的被测电力电子器件进行功率循环测试;可测试的电力电子器件包括: IGBT、MOSFET和普通的两极半导体器件；在功率循环测试中通过周期性的瞬态热测试得到的结构函数，和通过因为测试设备监控指标值超标而触发的瞬态热测试得到的结构函数，可以清晰地显示出随着功率循环实验的进行，IGBT器件的老化过程。

本发明实施例能够对功率半导体器件的热特性进行测量。系统不仅适用于半导体器件的热特性的测量和分析，还可评估半导体器件的封装水平，可以对半导体器件封装的缺陷进行检测，以及在半导体器件进行可靠性测试后，对封装水平进行再评估。系统是一个计算机控制的设备，它与PC一起使用，可以对瞬态热测试进行控制，并通过软件对瞬态热测试的结果进行评估和分析。系统能够对被测的半导体器件施加预先设置的加热功率，并记录半导体器件在这个加热功率下的复杂的热学反应。

本发明实施例的方法强调使用一个稳定的加热功率，使一个封装的半导体器件从"相对冷却"的状态到"相对加热"的状态，达到热平衡状态后，再切换掉加热功率，并在半导体器件上通过微小的测量电流进行测量，得到半导体器件的温度冷却曲线，从而得到半导体器件的瞬态温度响应曲线，在很短的时间内就可以完成一个完整的半导体器件热特性测量。通过软件分析可以得到半导体器件在一个给定的环境中的非常精确的温度随时间的瞬态变化曲线。

本发明实施例提出的一种功率半导体热可靠性测试方法涉及到的功率循环测试设备是一个工业化的解决方案，与现有的功率循环测试设备相比有很大的不同并具有极大的优势。既可以对IGBT器件进行功率循环试验即对被测器件施加应力测试，还可以通过瞬态热测试技术对IGBT器件进行热特性测量。可以清晰地显示出随着功率循环试验的进行，IGBT器件的老化过程。此外，本发明实施例涉及的功率循环测试设备还可以测试功率晶体管、功率二极管、MOSFET和其他功率电力电子器件。

以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其他实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率半导体热可靠性测试装置，其特征在于，包括老化试验电路，所述老化试验电路包括加热电源以及分别与其并联的测量电源和若干个测试电路；

每个所述测试电路均包括串联的若干个待测功率半导体老化工位，以及与每个所述待测功率半导体老化工位分别对应并联的可控开关；

所述加热电源用于提供加热电流，对待接入所述待测功率半导体老化工位的待测功率半导体进行加热老化；

所述测量电源用于提供测量电流，通过所述测量电流下的饱和压降测量所述待测功率半导体的结温；

所述待测功率半导体老化工位用于为所述测试电路接入所述待测功率半导体；

所述可控开关用于控制通过对应的并联接入的所述待测功率半导体的电流的通断。

2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，还包括水冷系统；所述水冷系统包括循环水泵和若干个电磁阀；

每个所述待测功率半导体老化工位均对应地配置一个电磁阀；通过电磁阀流经对应接入的所述待测功率半导体的水可降低该待测功率半导体的结温；整个水循环共用一个所述循环水泵。

3.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述水冷系统还包括水温调节系统，所述水温调节系统通过加热或制冷来对在所述水冷系统中循环的水进行温度调节。

4.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述电磁阀为二位三通电磁阀；

所述二位三通电磁阀包括水路和气路，可实现水路和气路的切换。

5.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述水冷系统还包括散热器，在所述散热器表面设置有导线槽，该导线槽可将热电偶固定在槽内，并使该热电偶的前端贴于所述待测功率半导体下的底板，以此来测量所述待测功率半导体的壳温。

6.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述待测功率半导体包括Si、SiC或GaN的全控、半控或不控功率器件。

7.如权利要求5所述的测试装置，其特征在于，还包括装置安全保障系统；

所述装置安全保障系统对于所述加热电源、所述测量电源和所述待测功率半导体的驱动系统的故障的安全监测指标为所述饱和压降；

所述装置安全保障系统对于所述待测功率半导体的热冲击故障的安全监测指标为所述壳温；

所述装置安全保障系统对于所述水冷系统的不工作故障的安全监测指标为水温；

所述装置安全保障系统对于所述水冷系统的水管漏水故障的安全监测指标为水位。

8.一种功率半导体热可靠性测试方法，其特征在于，包括：

将若干个待测功率半导体依次串联并与一个加热电源和一个测量电源连接以实现加热电源提供加热和测量电源提供测量的共享，还为每个所述待测功率半导体分别并联一个可控开关；

对每个所述待测功率半导体通过对应的可控开关的通断操作分别各自独立地进行对应的恒定结温波动的功率循环测试，其中包括通过所述测量电源提供的测量电流来获取所述待测功率半导体对应的饱和压降；

基于所述待测功率半导体对应的饱和压降，通过结温-饱和压降线性函数以获取对应的所述待测功率半导体对应的结温，并进一步获取所述待测功率半导体对应的瞬态温度响应曲线，以实现对所述待测功率半导体的热特性的测量。

9.如权利要求8所述的测试方法，其特征在于，所述结温-饱和压降线性函数的获取方式包括：

将所述待测功率半导体置于恒温箱中，设置第一预设温度为目标温度，使用功率稳定的加热电流对封装的所述待测功率半导体进行加热；

待恒温箱的温度恒定即达到第一预设温度，关断所述加热电流并导通测量电流对所述待测功率半导体进行测量，记录所述第一预设温度下所述待测功率半导体的第一饱和压降值；

关断所述测量电流并导通所述加热电流，对所述待测功率半导体继续进行加热，直至达到第二预设温度的目标温度后，再次关断所述加热电流并导通所述测量电流，记录所述第二预设温度下所述待测功率半导体的第二饱和压降值；

重复以上步骤，继续再次关断所述测量电流并导通所述加热电流，对所述待测功率半导体继续进行加热，直至最终达到所述待测功率半导体的最高工作结温的第N预设温度后，再次关断所述加热电流并导通所述测量电流，记录所述第N预设温度下所述待测功率半导体的第N饱和压降值；

通过拟合软件对多次记录的预设温度和饱和压降值进行线性拟合，获取所述待测功率半导体对应的所述结温-饱和压降线性函数。

10.如权利要求9所述的测试方法，其特征在于，还包括分辨键合线失效和焊料层失效的方法，其具体包括：

监测所述待测功率半导体在开通时刻、开通完成时刻、关断时刻和关断完成时刻的热阻和饱和压降，判断饱和压降是否超出预设阈值，即可分辨出封装失效的原因是键合线失效还是焊料层失效。

Images