通過產品的可靠性試驗可以了解產品在不同環(huán)境及不同應力條件下的失效模式與失效規(guī)律。通過對失效產品所進行的分析可找出引起產品失效的內在原因（即失效機理）及產品的薄弱環(huán)節(jié)，從而可以采取相應的措施來提高產品的可靠性水平。

對于元器件來說，由于構成它的材料的組合、材質、處理條件、制造條件、檢查、篩選等有關設計和制造等因素的不同，還由于使用條件、環(huán)境條件和維修方法的不同，在生產過程中形成的潛在缺陷種類不同，其發(fā)生方法不同。生產過程中形成的缺陷（起因）和誘因（外部應力，時間經歷）兩方面發(fā)生作用，隨著該元器件使用時間的增長缺陷顯露出來，因此可觀測到各式各樣的失效模式。

01 電子元器件的失效規(guī)律——浴盆曲線

??圖1 一般電子元器件的失效率與時間的關系??

第Ⅰ區(qū)(早期失效階段)：由一種或幾種具有一定普遍性的原因(如設計、制造中的缺陷)所造成；對不同品種、不同工藝的器件，這一階段的延續(xù)時間和失效比例是不同的，主要是工藝缺陷導致。

第Ⅱ區(qū)（偶然失效階段）：是器件良好使用階段，失效是由多種而又不太嚴重的偶然因素引起。該階段是產品最佳的工作階段。

第Ⅲ區(qū)（耗損失效階段）：大部分器件相繼失效，失效是由全局性的原因(老化、磨損、損耗、疲勞等)造成的。主要是“材料的壽命到了”。

圖2 Wolfspeed 可靠性報告中的浴盆曲線

浴盆曲線是大量電子原件的統(tǒng)計規(guī)律。在實際中元器件不一定都會出現上述的三個階段，在成批的電子元器件中，有的元器件失效率曲線是遞增型、有些是遞減型，而有些則是常數型。浴盆曲線可以看作是三種失效率曲線的疊加合成。

02 失效機理

03可靠性實驗項目

HTRB（高溫反偏）

驗證長期穩(wěn)定情況下芯片的漏電流，考驗對象是邊緣結構和鈍化層的弱點或退化效應，在測試中，需持續(xù)監(jiān)測門極的漏電流和門極開通電壓，若這兩項參數超出指定規(guī)格，則模塊將不能通過此項測試。根據國際電工委員會(IEC)的標準，該試驗的條件為：試驗過程中結溫優(yōu)選器件所能承受的最高結溫，施加的電壓優(yōu)選最大反向偏壓的80%，考核時長根據器件不同的應用環(huán)境而不同，在電力系統(tǒng)中的應用一般要求達到 1000h。

HTGB（高溫柵極偏置測試）

SiC MOSFET的柵極存在可靠性話題，當MOSFET的極長期承受正電壓，或者負電壓，其柵極的開關電壓Vgsth會發(fā)生漂移。

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,在1000小時后,再測試門極的門檻值變化的程度。

HV-H3TRB（高溫高濕高反偏測試）

在這一項測試中，施加的電場主要用于半導體表面離子積累和極性分子的驅動力，但是為了避免測試過程中漏電流產生的溫升降低相對濕度，所以對于功率器件，一般選用80V作為為測試電壓促進水解作用，同時限制漏電流引起的溫升不超過2℃。低于80V的電壓不足以促進水解，使芯片表面的金屬離子發(fā)生電化學遷移，以達到器件失效的目的。對于阻斷電壓為1200V或更高的器件，測試電壓可調整為阻斷電壓的80%。這樣，可保證功率模塊在高濕度應用情況下具有更高的可靠性。

TCT（溫度循環(huán)測試）

熱循環(huán)測試主要是模擬外界溫度變化對功率模塊的影響。樣品在冷卻室和加熱室之間周期性地上下移動。試驗器件是被動地冷卻和加熱，為了確保每一層材料達到熱的平衡，循環(huán)時間相對較長。在測試過程中無需施加電壓或電流。

IOL（間歇工作壽命測試/功率循環(huán)測試）

通過外部電流加熱被測器件使得其結溫升高到設定結溫后，切斷加熱電流后并對被測器件進行降溫，從而產生溫度波動，這種反復的升溫和降溫過程使得材料發(fā)生老化，這種方式被稱為被動功率循環(huán)。

PCT（飽和蒸汽加壓實驗）

用來測試半導體封裝的抗?jié)駳饽芰Γ郎y品被放置嚴苛的溫濕度以及壓力環(huán)境下測試，如果半導體封裝的不好，濕氣會沿著膠體或膠體與導線架之接口滲入封裝體之中，常見的故障原因：爆米花效應、金屬化區(qū)域腐蝕造成的短路、封裝體引腳間因污染造成的短路等相關問題。

來源：碳化硅研習社