ATS-545：熱沖擊測(cè)試設(shè)備

全量程240攝氏度的溫控調(diào)整；

溫度變化率高達(dá)288?C / 分鐘！

IEEE Transactions on Device and Materials Reliability (Volume: 20, Issue: 4, December 2020) DOI 10.1109/TDMR.2020.3025895 艱深科研工作背后的巨大助力——ThermoStream?，定義了“熱流儀”這一品類的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者。

 

inTEST集團(tuán)ThermoStream?品牌的熱沖擊測(cè)試集成環(huán)境（ATS-545-M）助力本文作者You-Cheol Jang 教授深挖了穿孔IGBT在高溫下柵極偏置應(yīng)力引起的退化現(xiàn)象。

 

ATS-545的卓越貢獻(xiàn) :

1. IGBT 功率半導(dǎo)體的可靠性測(cè)試涉及使用ATS-545-M型熱沖擊測(cè)試集成環(huán)境在 零下40 ?C至零上200 ?C 之間對(duì)IGBT樣本施加溫度循環(huán)應(yīng)力。

2. Cycling IGBT樣本需要在實(shí)驗(yàn)過程中經(jīng)受4000個(gè)溫度循環(huán)，每個(gè)循環(huán)持續(xù)100秒。

3. 熱沖擊測(cè)試集成環(huán)境（ATS-545，by inTEST Thermal Solutions Inc.）用于實(shí)施溫度循環(huán)測(cè)試。它的總變溫時(shí)間要在僅僅短短100秒內(nèi)完成全量程240攝氏度的溫控調(diào)整，溫度變化率高達(dá)288?C / 分鐘！

 

a) 使用功率器件分析儀/曲線追蹤儀測(cè)量IGBT的電氣特性，每1000個(gè)周期進(jìn)行一次加速溫度循環(huán)測(cè)試。

b) 此外，每15分鐘進(jìn)行一次高溫（150?C）和高壓直流場(chǎng)（48V）測(cè)試，共60分鐘。

c) 經(jīng)過應(yīng)力測(cè)試，在沒有高溫和電場(chǎng)應(yīng)力的情況下，在24小時(shí)后測(cè)量了IGBT的恢復(fù)特性。

d) 使用掃描聲學(xué)顯微鏡（SAM）觀察IGBT中鈍化層和金屬層的分層。

e) SAM圖像顯示晶圓芯片鍵合和環(huán)氧模塑料（EMC）處分層，以及引線鍵合區(qū)域下方的空隙。

f) 分層和空隙歸因于IGBT組件中使用的材料之間的熱應(yīng)力和CTE不匹配。

 

 

在功率半導(dǎo)體IGBT性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)中，伴隨環(huán)境溫度沖擊而來的老化特性是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

 

言歸正傳，You-Cheol Jang 教授發(fā)表了激動(dòng)人心的IGBT加速老化（degradation, 涉及到功率半導(dǎo)體的使用壽命）實(shí)驗(yàn)——Accelerated Degradation of IGBTs due to High Gate Voltage at Various Temperature Environments(DOI 10.1109/TDMR.2020.3025895)

 

在本文中做了大量的理論-干實(shí)驗(yàn)計(jì)算-濕實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的嚴(yán)謹(jǐn)科研工作。總結(jié)如下幾點(diǎn)：

在高溫下施加溫度循環(huán)應(yīng)力和偏置應(yīng)力的過程對(duì)于研究IGBT退化非常重要。

- 對(duì)-40?C至200?C之間的IGBT施加溫度循環(huán)應(yīng)力，以加速使用寬溫度范圍的降解過程。這有助于理解IGBT在不同溫度條件下發(fā)生的降解現(xiàn)象。

- IGBT中鈍化層和金屬層的分層可以使用掃描聲學(xué)顯微鏡觀察到。這有助于識(shí)別IGBT中由于溫度應(yīng)力而發(fā)生的物理變化和故障。

- 對(duì)IGBT施加高溫下具有高柵極電壓的偏置應(yīng)力，以研究閾值電壓不穩(wěn)定性和柵氧化層電荷捕獲的影響。這有助于了解IGBT開關(guān)特性和性能的變化。

- 還研究了IGBT在應(yīng)力后的恢復(fù)。結(jié)果表明，在高直流場(chǎng)和高溫下受壓的IGBT在沒有反向電壓的情況下，24小時(shí)后恢復(fù)過程較慢。這些信息對(duì)于理解IGBT在實(shí)際條件下的恢復(fù)機(jī)制非常重要。

- 通過進(jìn)行各種溫度應(yīng)力和高電場(chǎng)應(yīng)力測(cè)試，可以識(shí)別IGBT的退化過程和故障癥狀。這為IGBT在不同工作條件下的可靠性和性能提供了寶貴的見解。

         ATS-545-M 在IGBT熱沖擊循環(huán)測(cè)試中的裝置擺放示意圖

 

           生動(dòng)解釋了IGBT在強(qiáng)直流場(chǎng)和高溫度場(chǎng)下應(yīng)力測(cè)試的變化

 

ATS系列其余應(yīng)用:

伯東 inTEST 高低溫沖擊測(cè)試機(jī) ATS-545用于芯片可靠性測(cè)試 (hakuto-china.cn)

inTEST 710E 用于 FPGA 芯片高低溫循環(huán)測(cè)試 (hakuto-china.cn)

 

上海伯東是美國Gel-pak 芯片包裝盒, 日本 NS 離子蝕刻機(jī), 德國 Pfeiffer  真空設(shè)備, 美國  KRI 考夫曼離子源, 美國 inTEST 高低溫沖擊測(cè)試機(jī), 比利時(shí)原裝進(jìn)口 Europlasma 等離子表面處理機(jī) 和美國 Ambrell 感應(yīng)加熱設(shè)備等進(jìn)口知名品牌的指定代理商 .我們真誠期待與您的合作!

 

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