功率半导体器件是新能源、轨道交通、电动汽车、工业应用和家用电器等应用的核心部件。特别是随着新能源电动汽车的高速发展，功率半导体器件的市场更是爆发式的增长，区别于消费电子市场，车规级功率半导体器件由于高工作结温、高功率密度、高开关频率的特性，和更加恶劣的使用环境，使得器件的可靠性显得尤为重要。功率循环作为功率器件耐久性试验中的一种，被工业界和学术界认为是考核功率器件封装可靠性最重要的可靠性测试。

测试原理

功率循环测试通过负载电流加热和开关断动作，来模拟器件工作中的结温波动，通过一定程度的加速老化，以提前暴露器件封装的薄弱点，评估封装材料的热膨胀系数差异对器件寿命的影响，是考核功率器件封装可靠性最重要的可靠性测试，也是进行器件寿命模型建立和寿命评估的根本。根据负载电流加热的时长不同，功率循环测试分为秒级功率循环（PCsec）， 分钟级功率循环（PCmin），如电力电子模块AQG324测试标准规定，不同的负载电流加热时长，考察的封装体对象也不同，如表1所示。

表1 功率循环测试差异

图1 功率循环导致模块缺陷暴露示意图

功率循环测试原理图如图2、图3所示，以IGBT为例，器件通过负载电流加热到指定的最大结温Tvjmax，然后切断负载电流，直到器件结温降低到最小结温Tvjmin，以此为周期反复的施加应力，器件的结温在测试周期中通过施加小电流Isence下的饱和压降Vce间接获取。

功率循环根据控制策略不同，可以分为恒定功率损耗、恒定结温ΔTvj、恒定加热电流这三种方式，AQG324规定的测试方法是恒定结温方式。

图2 秒级功率循环电流和温度曲线

图3 分钟级功率循环电流和温度曲线

测试标准介绍

车规级功率模块测试标准最常见的测试标准是由 ECPE 欧洲电力电子研究中心发布的AQG324，其中有对功率循环测试进行详细的规范，其中规定对于Tvj的数据必须通过Vce(T)方法（参考JESD51-14）进行测量，试验中必须实时监测被测器件的正向或饱和压降Vce,结温差ΔTvj和热阻,并作为判定失效的关键参数。具体测试条件如下：

表2 AQG324-QL-2/QL-3功率循环测试条件

图4 测试流程

测试方案和案例

我司在Si基功率半导体模块、SiC模块等相关测试有着丰富的实战经验，是SiC领域是国内技术能力最全面、知名度最广的第三方检测机构之一，为众多半导体厂家提供模块的规格书参数测试、竞品分析、环境可靠性、寿命耐久和失效分析等一站式测试服务。在功率循环测试方向，我司引进多台西门子功率循环测试机台Power Tester1800A/1500A，同时还有部分国产高可靠性功率循环测试机台，能提供水冷/水乙二醇混合冷却/油冷等冷却方式，并且满足20℃~125℃的底温要求，产能充足。如下图所示，为IGBT模块功率循环测试实际案例，冷却采用75℃双通道油冷散热，测试架设和监控界面如下图所示。

测试架设

珠海富士智能是集研发、生产、销售于一体的cnc加工厂家，拥有完整、科学的数控加工质量管理体系。珠海富士智能专业加工制造IGBT用散热底板。铝硅材料是目前公证可以提供良好热鼓胀系数的材料，大大提升了IGBT功率模块的性能。经测试可多出5倍的产品寿命。同时可设计成针状与弧形等不同的来符合客户需求。我们还可以提供从喷砂、阳极氧化到电镀等所需的表面处理。