近年來(lái)，新能源汽車（以混動(dòng)汽車為起點(diǎn)）被資本，政府和消費(fèi)者所接受后，功率半導(dǎo)體器件做為電能轉(zhuǎn)換的內(nèi)核，也成了資本市場(chǎng)上的寵兒。

特別地，特斯拉推出SiC功率器件后。從英飛凌，三菱，安森美到意法半導(dǎo)體，中車時(shí)代電氣，練就了多年各路英豪，在當(dāng)下車規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域各顯其能，在一定程度上，我們想借用英飛凌Hybridpack模塊封裝形式，切入標(biāo)準(zhǔn)化電驅(qū)應(yīng)用領(lǐng)域；

另一部分另辟蹊徑，介紹了雙面冷卻設(shè)計(jì)和環(huán)氧樹(shù)脂塑封等工藝，期望登臨工藝巔峰，達(dá)到對(duì)模塊可靠性和性能降維打擊的目的。

而器件可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)也就成了檢驗(yàn)上述產(chǎn)品“上車”與否的不二指標(biāo)。

車規(guī)級(jí)可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)有哪些

目前備客戶所認(rèn)可的功率半導(dǎo)體器件可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)有兩種，即AQG-324與AEC-Q101，分別代表著模塊與單管兩種器件的測(cè)試要求。

至于其他由國(guó)內(nèi)各單位、團(tuán)體等機(jī)構(gòu)提出的可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)都基本源于以上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。

在客戶詢問(wèn)器件對(duì)應(yīng)的可靠性驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，筆者一般會(huì)推薦AQG-324，因?yàn)槠湓谛蜓灾袊?yán)格限制了該標(biāo)準(zhǔn)的適用領(lǐng)域：“This document defines requirements, test conditions and tests for validating properties, including the lifetime of power electronics modules and equivalent special designs based on discrete devices, for use in power electronics converter units (PCUs) of motor vehicles up to 3.5 t gross vehicle weight.”

這也證實(shí)了我一直以來(lái)所宣傳的理念，“車規(guī)級(jí)的功率半導(dǎo)體器件的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)”里以“車”為題材，以“半導(dǎo)體器件”為手段。

芯片（SiC或GaN的應(yīng)用）和封裝結(jié)構(gòu)和材料（采用雙面冷卻結(jié)構(gòu)等）的任何變化只能增加測(cè)試項(xiàng)目或者更替測(cè)試方法，無(wú)法改變系統(tǒng)對(duì)設(shè)備可靠性的要求。

AQG-324標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)了什么

AQG-324標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)包含四種類的測(cè)試，分別是模塊測(cè)試（QM）、特性測(cè)試（QC）、環(huán)境測(cè)試（QE）與壽命測(cè)試（QL）。

標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的測(cè)試項(xiàng)目通過(guò)模擬器件在實(shí)際使用情況所受到的各種類型應(yīng)力，老化器件封裝與芯片的薄弱點(diǎn)，從實(shí)現(xiàn)器件實(shí)際使用壽命的加速驗(yàn)證。

模塊測(cè)試（QM）主要是通過(guò)對(duì)設(shè)備靜態(tài)電學(xué)參數(shù)，互連層和外觀缺陷的檢測(cè)，以保證設(shè)備滿足開(kāi)展下一步試驗(yàn)的基本前提要求和試驗(yàn)后功能性指標(biāo)。

特性測(cè)試（QC）是用來(lái)驗(yàn)證設(shè)備動(dòng)態(tài)電學(xué)特性，短路特性，熱阻和絕緣耐壓特性以評(píng)價(jià)設(shè)備產(chǎn)品品質(zhì)。

環(huán)境測(cè)試（QE）通過(guò)采用溫度變化條件以及機(jī)械振動(dòng)/沖擊來(lái)驗(yàn)證功率器件在車輛中的環(huán)境適應(yīng)性。

2021年版QE-01 Thermal Shock（TST）不再?gòu)?qiáng)求兩廂式/吊籃式溫度沖擊試驗(yàn)方案，一箱溫度循環(huán)方案或三箱體式溫度沖擊方案從效果上看也被認(rèn)為是等同的。它的基本檢測(cè)要求列于下表。

如果客戶對(duì)于產(chǎn)品在環(huán)境溫度測(cè)試中表現(xiàn)有疑慮（多為塑封器件），則筆者會(huì)推薦其借鑒《QC/T 1136-2020 電動(dòng)汽車用絕緣柵雙極晶體管模塊環(huán)境試驗(yàn)要求及試驗(yàn)方法》。

在此標(biāo)準(zhǔn)中，溫度沖擊與溫度循環(huán)測(cè)試都納入了考核指標(biāo)。

在筆者運(yùn)行的QE-01 Thermal Shock（TST）裝置中，熱電偶會(huì)貼在裝置底部（或模塊散熱器內(nèi)部）上，用來(lái)檢測(cè)裝置溫度在溫度箱溫度變換時(shí)間內(nèi)是否滿足tdwell>15min這一基本要求。

由于一些客戶強(qiáng)烈要求一小時(shí)內(nèi)能完成一次高低溫沖擊循環(huán)次數(shù)，箱體高/低極限溫度的設(shè)置會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)備的最高或最低儲(chǔ)存溫度，很容易導(dǎo)致1000個(gè)循環(huán)中設(shè)備損壞。故而，筆者建議客戶在TST實(shí)驗(yàn)中，寧可通過(guò)延長(zhǎng)恒溫時(shí)間而不是增加箱體溫度來(lái)達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。

在壽命測(cè)試（QL）中，分別考量器件在極限溫度（高溫/低溫）、長(zhǎng)時(shí)間耐壓（HTRB/HTGB/H3TRB）與多次開(kāi)關(guān)循環(huán)（power cycling）條件下的失效。其中，功率循環(huán)測(cè)試（power cycling）為AQG-324標(biāo)準(zhǔn)中操作難度最高的測(cè)試項(xiàng)目，且具有最蹊蹺的判定要求。

功率循環(huán)是什么？

功率循環(huán)測(cè)試原理非常簡(jiǎn)單（power cycling）：引入電流加熱芯片，再關(guān)閉電流時(shí)冷卻芯片，以此類推，在持續(xù)引起器件內(nèi)溫度分布不均與器件封裝材料物理特性（例如熱膨脹系數(shù)CTE）不同相結(jié)合導(dǎo)致器件內(nèi)互聯(lián)結(jié)構(gòu)逐漸老化，最終導(dǎo)致器件失效。

下圖是一個(gè)功率循環(huán)測(cè)試時(shí)電流導(dǎo)通和芯片溫度改變的例子。

下圖為功率循環(huán)測(cè)試（power cycling）中，器件內(nèi)部溫度分布以器件形變情況。

在功率循環(huán)測(cè)試（power cycling）過(guò)程中，通過(guò)采集器件熱阻參數(shù)與正向?qū)妷簛?lái)確定器件是否損壞。在測(cè)試過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)器件正向?qū)妷旱耐蝗簧咔闆r，則表明器件內(nèi)部的鍵合線發(fā)生了脫落或者斷裂的情況。如果熱阻參數(shù)升高，則表明器件在散熱路徑上出現(xiàn)損傷。

在功率循環(huán)測(cè)試（power cycling）中的失效判定如下所示，其包含鍵合線失效與焊料層失效等多種失效模式。

功率循環(huán)測(cè)試（power cycling）是各類型測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中必備項(xiàng)目，然而其他標(biāo)準(zhǔn)與AQG-324的要求最大的不同之處在于AQG-324中并沒(méi)有規(guī)定功率循環(huán)測(cè)試的壽命要求。AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)要求如下：

其中，AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)是筆者最不推薦作為功率循環(huán)測(cè)試判定指標(biāo)的，因?yàn)樵谄錁?biāo)準(zhǔn)設(shè)立之時(shí)，功率半導(dǎo)體器件還并未應(yīng)用于新能源車的主驅(qū)部分。

中國(guó)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確立秒級(jí)與分鐘級(jí)功率循環(huán)的測(cè)試指標(biāo)，其中分鐘級(jí)測(cè)試借鑒了AEC-Q101的測(cè)試要求。

AQG-324標(biāo)準(zhǔn)對(duì)功率循環(huán)的要求并不以具體的循環(huán)次數(shù)作為判定標(biāo)準(zhǔn)，而是需要在不同時(shí)間參數(shù)與溫度參數(shù)的條件下驗(yàn)證產(chǎn)品方所提出的壽命模型（lifetime model）。

大部分客戶對(duì)于壽命模型的建立都比較陌生，對(duì)于不同產(chǎn)品間的壽命模型的比較方案也無(wú)經(jīng)驗(yàn)。因此對(duì)于功率循環(huán)測(cè)試方案的設(shè)定成為AQG-324標(biāo)準(zhǔn)中重點(diǎn)。