CN116699352A - 一种功率半导体模块高温反偏测试的测试温度确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率半导体模块高温反偏测试的测试温度确定方法，该方法先设置一个起始的温箱温度并在该温度下进行HTRB，然后根据测试结果调整温箱温度再进行HTRB，如此经过有限次温度调整和HTRB后即可得到HTRB测试温度。通过本发明的方法，可以快速确定功率半导体模块高温反偏测试的测试温度，用时少，效率高。

Description

一种功率半导体模块高温反偏测试的测试温度确定方法
技术领域
本发明涉及功率半导体测试领域，具体地涉及一种功率半导体模块高温反偏测试的测试温度确定方法。
背景技术
率半导体模块是将大功率电子器件按一定的串联组合灌封成一体。功率半导体模块可根据封装的元器件的不同具有不同指标。功率半导体模块通常包括IGBT模块和SiCMOSFET模块等。
高温反偏测试（HTRB：High Temperature Reverse Bias）是功率半导体模块寿命耐久可靠性的一个测试项目。通常，功率半导体模块的HTRB测试条件是：1）功率半导体模块工作在最大结温Tvjmax下； 2)对于IGBT模块, Vce≥0.8Vcemax，Vce是集电极与发射极之间的测试电压; 对SiC MOSFET模块，Vds≥0.8Vdsmax，Vds是漏极与源极之间的测试电压；3）栅极电压 Vge(IGBT)或Vgs(SiC MOSFET) = 0V；4) 测试时长≥1000小时。
HTRB测试温度是指HTRB测试时功率半导体模块内部结温达到最大结温Tvjmax对应的温度。在HTRB中，需要将测试环境温度（即，温箱温度）设定在测试温度下，即，使功率半导体模块在HTRB过程中工作在内部结温为Tvjmax的热平衡状态下。因此，在进行HTRB之前，需要事先确定此测试温度。目前，确定HTRB测试温度的方法主要是利用监测功率半导体模块各相漏电流变化趋势来确定，但这种方法用时比较长，通常需要至少10个小时以上，效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种用时短、效率高的功率半导体模块高温反偏测试的测试温度确定方法，以解决上述问题。为此，本发明采用的技术方案如下：
一种功率半导体模块高温反偏测试的测试温度确定方法，其中，所述方法包括以下步骤：
S1.将连接好结温测量引线的功率半导体模块安装在老化板上并安装到HTRB设备的温箱中，将引线引到温箱外并连接至测温单元；
S2.将温箱温度设置成（Tvjmax-T0）后进行高温反偏测试，其中，Tvjmax是该功率半导体模块的最大结温，T0为预设降低温度且T0≥0℃；
S3. 测量所有功率半导体模块的各个结温Tvj，并判断Tvj是否均小于最大结温Tvjmax，若是，则进入S4，否则进入S6；
S4.判断高温反偏测试时长是否达到预设时长，若是，则进入S5，否则返回S3；
S5.将温箱温度升高第一温度步长T1后进行高温反偏测试，返回S3，其中，T1≥3℃；
S6.将温箱温度降低第二温度步长T2后重新进行高温反偏测试，其中，T2=INT(1/2*T1+T3)，其中，T3为温箱温度的控制精度，且T3≤1℃；
S7.测量该功率半导体模块的各个结温Tvj，并判断Tvj是否均小于最大结温Tvjmax，若是，则进入S8，否则进入S10；
S8.判断高温反偏测试时长是否达到预设时长，若是，则进入S9，否则返回S7；
S9.将温箱温度升高1℃并进行高温反偏测试，返回S7；
S10.将温箱温度降低T3后重新进行高温反偏测试；
S11.测量该功率半导体模块的各个结温Tvj，并判断Tvj是否均小于最大结温Tvjmax，若是，则进入S12，否则将温箱温度降低T4后重新进行高温反偏测试，返回S3，其中，T4>T1；
S12.判断高温反偏测试时长是否达到预设时长，若是进入S13，否则返回S11；
S13.结束高温反偏测试并将此时的温箱温度作为HTRB测试温度。
进一步地，T0≥20℃。
进一步地，T0=30℃。
进一步地，T1=5℃以及T2=3℃。
进一步地，T4为10℃。
进一步地，T3为0.5℃或者1℃。
进一步地，预设时长为10分钟以上。
进一步地，预设时长为30分钟。
进一步地，在测量到的结温Tvj中有一个大于Tvjmax时，自动停止高温反偏测试并发出报警信号。
进一步地，所述方法还包括在步骤S1和S2之间的Tvjmax修正步骤，具体地，将温箱温度设置成事先得到的Tvjmax，并只开启加热升温功能，不施加测试电压，让温箱在设定温度Tvjmax下稳定工作10分钟后，测量并记录Tvj，选择最大值作为修正后的Tvjmax。
通过本发明的方法，可以快速确定功率半导体模块高温反偏测试的测试温度，用时少，效率高。
附图说明
图1是根据本发明的测试系统接线示意图；
图2是根据本发明实施例的一种功率半导体模块高温反偏测试的测试温度确定方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
如图1和2所示，一种功率半导体模块高温反偏测试的测试温度确定方法可包括以下步骤：
S1.系统接线。功率半导体模块1会在封装中为每一个半桥/相内嵌NTC热敏电阻或热电阻，并提供测量端子。将功率半导体模块1被测样件的所有结温测量端子连接好足够长的引线L1~Ln。将连接好结温测量引线的功率半导体模块1安装在老化板（未示出）上并安装到HTRB设备的温箱2中，再将引线引到温箱外并连接至测温单元3。其中，老化板和HTRB设备的结构是公知的，这里不再赘述。测温单元3可以监测功率半导体模块1的各个结温Tvj。测温单元3可以是具有多个温度采集通道的电路板或者测温装置。
S2.将温箱温度设置成（Tvjmax-T0）后进行高温反偏测试，其中，Tvjmax是该功率半导体模块的最大结温，可以通过技术资料获得。T0为预设降低温度，用于调整起始测试温度。T0≥0℃，并且T0通常为正整数温度。优选地，T0≥20℃；更优选地，T0=30℃。因为功率半导体模块在（Tvjmax-30℃）下进行高温反偏测试，其实际结温基本上不会大于Tvjmax。这样可以减少高温反偏测试次数，提高效率。
S3.测量该功率半导体模块的各个结温Tvj，并判断Tvj是否均小于最大结温Tvjmax，若是，则进入S4，否则进入S6。
S4.判断高温反偏测试时长t是否达到预设时长t0，若是，则进入S5，否则返回S3。该预设时长t0根据经验设置，通常是10分钟以上，优选地，30分钟或以上。
S5.将温箱温度升高第一温度步长T1后进行高温反偏测试，返回S3，其中，T1≥3℃；优选地，T1=5℃。
S6.将温箱温度降低第二温度步长T2后重新进行高温反偏测试，其中，T2=INT(1/2*T1+T3)，其中，T3为温箱温度的控制精度，且T3≤1℃。在T1=5℃时，T2=3℃。T3通常是0.5℃或1℃。
S7.测量该功率半导体模块的各个结温Tvj，并判断Tvj是否均小于最大结温Tvjmax，若是，则进入S8，否则进入S10。
S8.判断高温反偏测试时长t是否达到预设时长t0，若是，则进入S9，否则返回S7。
S9.将温箱温度升高1℃并进行高温反偏测试，返回S7。
S10.将温箱温度降低T3后重新进行高温反偏测试。
S11.测量该功率半导体模块的各个结温Tvj，并判断Tvj是否均小于最大结温Tvjmax，若是，则进入S12，否则将温箱温度降低T4后重新进行高温反偏测试，返回S3，其中，T4>T1。优选地，T4=10℃。
S12.判断高温反偏测试时长t是否达到预设时长t0，若是进入S13，否则返回S11。
S13.结束高温反偏测试并将此时的温箱温度作为HTRB测试温度T。在确定HTRB测试温度T后，就可以在该测试温度下按照HTRB测试标准进行HTRB试验了。
例如，以Tvjmax=150℃，T0=30℃，T1=5℃，T2=3℃，T3=1℃，T4=10℃和t0=30分钟为例，这时起始的温箱温度为120℃，假设120℃时Tvj均小于Tvjmax，即当前温箱温度低于热平衡温度，则温箱温度提高到125℃，假设125℃时有Tvj大于Tvjmax，则温箱温度降到122℃，假设122℃时Tvj均小于Tvjmax，则温箱温度提高到123℃，假设123℃时有Tvj大于Tvjmax，则温箱温度降到122℃，此时Tvj均小于Tvjmax，从而确定测试稳定T=122℃。整个测试温度确定过程不会超过2小时即可完成，效率非常高。
优选地，在高温反偏测试过程中，当出现测量到的结温Tvj中有一个大于Tvjmax时，自动停止当前高温反偏测试并发出报警信号。
优选地，在步骤S11中，当出现测量到的结温Tvj中有一个大于Tvjmax时，可以进一步判断此时温箱温度与上一个正常工作（即，Tvj均小于Tvjmax）的温箱温度之间的差是否小于等于T3，若是，则直接结束，将上一个正常工作的温箱温度作为HTRB测试温度T。
进一步地，所述方法还可包括在步骤S1和S2之间的Tvjmax修正步骤，具体地，将温箱目标温度设置成事先得到的Tvjmax，即由客户提供的技术资料获得的Tvjmax，并只开启加热升温功能，不施加测试电压，即，Vce=0V或Vds=0V，温箱在设定温度Tvjmax下稳定工作10分钟后，测量并记录功率半导体模块的各个结温Tvj，选择最大值作为修正后的Tvjmax。对Tvjmax进行修正，可以更准确地得到测试温度，从而使后续正式HTRB试验结果更加准确。
优选地，步骤S2~S13可以由HTRB设备自动执行。即，在HTRB设备上内置有计算机程序，该计算机程序运行时，可以实现该方法中的步骤S2~S13。上述各个参数（即，T0，T1，T2，T3，T4和t0）可以根据不同规格类型的功率半导体模块修改设置。
应该理解，测温单元3可以直接监测各个结温输出端子的电阻值Rj，进而将电阻值Rj与Tvjmax所对应的电阻值Rmax进行比较，从而完成测试温度的确定。在这种情况下，需要区分结温的温度传感器是NTC热敏电阻还是热电阻（例如，PT100等）。当温度传感器是NTC热敏电阻时，比较Rj是否均大于Rmax；当温度传感器是热电阻时，比较Rj是否均小于Rmax。
本发明采用上述方法，可以快速确定功率半导体模块高温反偏测试的测试温度，用时少，效率高。实践中，用时最长都没有超过3个小时，用时最短甚至不到1.5个小时。
以上已详细描述了本发明的优选实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种功率半导体模块高温反偏测试的测试温度确定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1.将连接好结温测量引线的功率半导体模块安装在老化板上并安装到HTRB设备的温箱中，将引线引到温箱外并连接至测温单元；
S2.将温箱温度设置成（Tvjmax-T0）后进行高温反偏测试，其中，Tvjmax是该功率半导体模块的最大结温，T0为预设降低温度且T0≥0℃；
S3.测量所有功率半导体模块的各个结温Tvj，并判断Tvj是否均小于最大结温Tvjmax，若是，则进入S4，否则进入S6；
S4.判断高温反偏测试时长是否达到预设时长，若是，则进入S5，否则返回S3；
S5.将温箱温度升高第一温度步长T1后进行高温反偏测试，返回S3，其中，T1≥3℃；
S6.将温箱温度降低第二温度步长T2后重新进行高温反偏测试，其中，T2=INT(1/2*T1+T3)，其中，T3为温箱温度的控制精度，且T3≤1℃；
S7.测量该功率半导体模块的各个结温Tvj，并判断Tvj是否均小于最大结温Tvjmax，若是，则进入S8，否则进入S10；
S8.判断高温反偏测试时长是否达到预设时长，若是，则进入S9，否则返回S7；
S9.将温箱温度升高1℃并进行高温反偏测试，返回S7；
S10.将温箱温度降低T3后重新进行高温反偏测试；
S11.测量该功率半导体模块的各个结温Tvj，并判断Tvj是否均小于最大结温Tvjmax，若是，则进入S12，否则将温箱温度降低T4后重新进行高温反偏测试，返回S3，其中，T4>T1；
S12.判断高温反偏测试时长是否达到预设时长，若是进入S13，否则返回S11；
S13.结束高温反偏测试并将此时的温箱温度作为HTRB测试温度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，T0≥20℃。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，T0=30℃。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，T1=5℃以及T2=3℃。
5.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，T4为10℃。
6.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，T3为0.5℃或者1℃。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，预设时长为10分钟以上。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，预设时长为30分钟。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在测量到的结温Tvj中有一个大于Tvjmax时，自动停止当前高温反偏测试并发出报警信号。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤S1和S2之间的Tvjmax修正步骤，具体地，将温箱温度设置成事先得到的Tvjmax，并只开启加热升温功能，不施加测试电压，让温箱在设定温度Tvjmax下稳定工作10分钟后，测量并记录Tvj，选择最大值作为修正后的Tvjmax。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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