IGBT/SIC模块功率循环试验系统

新品上市

华科智源-功率循环老化设备主要是针对IGBT/SIC的封装可靠性行进行实验,通过控制实验条件再现IGBT封装的主要两种失效方式:键合线失效和焊料层老化。实验的关键是控制结温的波动范围以及最高温度,得到不同条件下的实验寿命,从而得到IGBT的寿命。

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  • 品牌: GKH-PC
  • 名称: IGBT/SIC功率循环试验系统
  • 型号: GKH-PC-3000A
  • 用途: 功率循环老化设备主要是针对IGBT/SIC的封装可靠性行进行实验,通过控制实验条件再现IGBT封装的主要两种失效方式:键合线失效和焊料层老化。实验的关键是控制结温的波动范围以及最高温度,得到不同条件下的实验寿命,从而得到IGBT的寿命

  • 产品参数
  • 品牌: GKH-PC
  • 名称: IGBT/SIC功率循环试验系统
  • 型号: GKH-PC-3000A
  • 用途: 功率循环老化设备主要是针对IGBT/SIC的封装可靠性行进行实验,通过控制实验条件再现IGBT封装的主要两种失效方式:键合线失效和焊料层老化。实验的关键是控制结温的波动范围以及最高温度,得到不同条件下的实验寿命,从而得到IGBT的寿命


★主要技术规格和性能:
产品型号GKH-IGBT-3000A,GKH-PC-1500A
符合标准试验线路及试验方法满足MIL-STD-750、GJB128、IEC60747-9及AEC-Q101相关标准要求。
试验电流最大加热电流IH为3000A
系统组成一台K系数测试机,一台试验机及一台制冷机组成。一套系统中即可测量器件的K系数,又可测量器件的热阻值。并可对多只产品串联做功率循环试验。
基本功能①整机可以测试5个元件,5个元件串联一起组成一组。试验过程中的开通关断以及恒流是通过大功率电子负载实现。相比直接的电子开关控制开通关断,电子负载可以实现更精确的恒流。更快速的开通及关断。
②被测试元件分别固定在水冷板上。
③每个元件的Vge电源采用隔离电源,输出电压程控产生。定期测试Ige电流。
④通过实时监测IH加热电流,和VCE变化来判断射极引线是否脱落。如果IH电流突然变为0,则可认为是射极引线完全脱落或材料开路,如果VCE变化越来越大,则可以认为部分射极引线脱落,或者是焊接不良或其它芯片原因,则设备停机报警
⑤定期检测每只IGBT栅极引线是否脱落,判断方法如下:使用IM小电流测试VCE, 如果VCE处于饱和压降范围内,则认为栅极引线脱落。
监控参数试验电流IH、栅极电流Ige、栅极电压Vge、集射极饱和压降Vces、结到壳热阻值Rth、高低结温差值(Delta Tj)、壳温及液冷平台进出水口温度、器件的压力F(压接型器件)、通断时间、试验周期数等。
数据记录试验全程记录每个试验通道的ICE、VCE@IH、VCE@IM、IGE、VGE、RthJc、F、ON\OFFTime、循环数,Delta Tj、Tjmax、Tjmin等参数。液冷平台的进出水口温度,制次机的水温,器件的壳温等。。可记录数≥1000000次。
计算机工业级电脑主机、液晶显示器、专用键盘及鼠标。WINDOWS操作界面,友好的人机对话窗口, 强大的图形编辑能力以及强大的器件库供用户选择,软件操作简单易学。更有系统查询诊断功能, 试验状况一目了然,方便用户随时查验。
电网要求三相AC380V±10%,47Hz~63Hz,90KW
外形尺寸W2480mmхH1820mmхD1320mm
重量约1200kg


功率循环测试-简介


功率循环测试是一种功率半导体器件的可靠性测试方法,被列为AEC-Q101AQG-324等车规级测试标准内的必测项目。与温度循环测试相比,功率循环是通过器件内部工作的芯片产生热量,使得器件达到既定的温度;而温度循环则是通过外部环境强制被测试器件达到测试温度。


简而言之,一个是运动发热,一个是高温中暑。


由于在功率循环测试中的被测试器件的发热部分集中在器件工作区域,其封装老化(aging)模式与正常工作下的器件相类似,故功率循环测试被认可为最接近于实际应用的功率器件可靠性测试而受到广泛的关注。

功率循环测试过程中,器件内部温度分布以及应力变化


功率循环测试台是用于功率器件进行功率循环测试的设备,其设计原理并不复杂。在试验台中,通过电流源供给负载电流给被测试器件,电流/电压探头实时监控被测试器件的电流/电压数据,控制器操控电流源实现负载电流按既定时间中断。设备整体的主要成本在电流源与控制器,设备的设计难度在于程序控制以及数据采集硬件。


功率循环测试设备简图


在功率循环测试过程中,直接检测的数据是器件电压降,负载电流以及器件底部温度。通过选取数据采样的时间点,收集被测试器件在最高温与最低温时的电压与器件底部温度变化,进而通过计算得出器件芯片温度变化以及器件内部的热阻变化。


功率循环测试中,检测时间点以及被测试参数


由于大多数器件在测试中是处于被封装状态,其内部温度不可通过直接手段进行检测,故在功率循环测试中,器件内部芯片的温度是采用K系数的方式进行间接计算而获得的。K系数代表器件芯片的温度敏感电学参数其选取的原则在于简单、可靠、敏感度高。硅基IGBT芯片的温度一般采用Vce(集电极-发射极电压)进行计算。同时Vce也能反映IGBT器件内部电流路径的老化情况,5%的Vce增加被认定为器件损坏的标准


IGBT器件的K系数(Vce-Tj 拟合线)


被测试器件的热阻在功率循环测试中应当被实时监控,因为其反映了器件散热能力的变化。热阻通过下列方程简单计算得出,20%的Rth增长被认定为器件失效的标准


以下列功率循环测试中收集的数据为例,Vce在427.4k循环数左右发生阶段跳跃,同时器件芯片的最高温度(Tj,high)上升明显。这表明器件芯片表面的键合线出现断裂或脱落。而Rth无明显变化,表明器件内部散热层老化情况不明显。


功率循环测试中的数据


上图中的功率循环测试数据有一个明显的缺陷,即测试数据的噪声较大,无法准确反映器件内部的真实情况。出现这种缺陷的原因有:被测试器件电学连接不规范,功率循环测试设备的精度有限,测试数据监测时间点的选取失误等等。


IGBT/SIC模块功率循环试验系统
华科智源-功率循环老化设备主要是针对IGBT/SIC的封装可靠性行进行实验,通过控制实验条件再现IGBT封装的主要两种失效方式:键合线失效和焊料层老化。实验的关键是控制结温的波动范围以及最高温度,得到不同条件下的实验寿命,从而得到IGBT的寿命。
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