功率元件可靠度試驗

Power Device Reliability Test

由於智能車 (ADAS: Advanced Driver Assistance System) 的發展趨勢造就了汽車電子的市場蓬勃發展。然而在環保意識抬頭下,也造就了電動車慢慢取代了燃油車,車輛產業從燃油車轉變成電動車生產已然成為世界趨勢。在電動車特性下電源供應儼然成為整個汽車設計核心。所以電動車控制板上的高功率元件就佔有舉足輕重的角色,而高功率元件最具代表性就是最近常談IGBTMOSFET元件。

 

功率元件可靠度試驗(Component Level Reliability Service),是用來驗證功率半導體元件在長時間、高應力操作條件下,其電性、結構與材料是否能維持穩定與安全運作的一系列測試流程,試驗主要針對 IGBT、MOSFET 等高功率元件,模擬其在實際應用中可能遭遇的高溫、高濕、高電壓、高電流、頻繁切換與機械應力等嚴苛環境,藉此提早找出潛在失效風險。

 

在電動車與車用電子系統中,電源供應、功率轉換與能量管理模組需長時間承受高電壓、高電流、高溫與頻繁開關操作,其設計核心仰賴 IGBT 與 MOSFET 等功率元件的穩定運作。一旦功率元件發生失效,輕則造成系統降額(Derating),重則導致整車功能異常甚至安全風,因此功率元件可靠度試驗 已成為車用電子、工業電源與高功率應用中不可或缺的驗證流程。閎康科技以完整的環境應力、壽命模擬與電性驗證能力,協助客戶在產品開發與量產前,即可全面掌握功率元件的可靠度表現與失效風險,為車用與高功率應用打造更安全、更穩定的解決方案。

 

功率元件可靠度驗證主要有三個領域,包含環境應力試驗、加速壽命模擬試驗、電性驗證等領域。閎康科技提供了全方位的功率器件驗證服務,驗證服務內容如下:

功率元件可靠度驗證的整體架構
環境應力試驗(Environmental Stress Test)

環境應力試驗主要用來模擬功率元件在製造、封裝、運輸與實際操作環境中,可能遭遇的溫度、濕度與機械應力條件,透過加速方式,提早暴露材料、封裝或結構上的潛在弱點,可有效評估功率元件在嚴苛車用與工業環境中的結構穩定性,常見測試項目包括:

  • 前處理試驗(Preconditioning, PC):模擬回焊與濕氣暴露條件

  • 高加速溫濕度試驗(Autoclave, AC / UHAST):評估封裝耐濕與界面可靠度

  • 溫度循環試驗(Temperature Cycling, TC):驗證焊點與材料熱疲勞行為

  • 端子強度試驗(Terminal Strength, TS):確認端子與封裝機械強度

  • 焊錫耐熱試驗(Resistance to Solder Heat, RSH)

  • 熱阻測試(Thermal Resistance, TR):評估功率元件散熱效率

  • 沾錫性試驗(Solderability, SD)

  • 錫鬚成長評估(Whisker Growth Evaluation, WG)

  • 恒加速試驗(Constant Acceleration, CA)

  • 變頻振動試驗(Vibration Variable Frequency, VVF)

  • 機械衝擊試驗(Mechanical Shock, MS)

 

加速壽命模擬試驗(Accelerated Lifetime Test)

加速壽命試驗是功率元件可靠度驗證的核心項目之一,適用於 IGBT、MOSFET 在逆變器、車載電源模組等高功率應用情,透過 高溫、高濕與偏壓條件,模擬元件在長時間操作下的老化與失效行為,閎康科技可依據元件特性與應用情境,規劃合適的壽命試驗條件,常見項目包含:

  • 高溫高濕逆向偏壓試驗(H3TRB):評估濕氣與電場交互作用造成的劣化

  • 間歇操作壽命試驗(Intermittent Operational Life, IOL)

  • 電源溫度循環試驗(Power Temperature Cycling):模擬實際通斷負載情境

  • 高溫反向偏壓試驗(HTRB):評估結構與接面長期耐壓能力

  • 高溫閘極偏壓試驗(HTGB):確認閘極氧化層與介電可靠度

  • 功率循環試驗(Power Cycling, PCsec / PCmin):模擬反覆功率切換與熱應力累積效應

 

電性驗證(Electrical Verification)

電性驗證用以確認功率元件在試驗前後之電性參數穩定性,並搭配特殊電性測試評估其耐受極限與失效模式,包含:

  • 試驗前後電性測試(Pre- / Post-Stress Electrical Test)

    • MOSFET:BVDSS、IDSS、IGSS、RDS(ON)、Gfs(如適用)、VGS(th) / VGS(OFF)

    • IGBT:BVCES、ICES、IGES、VCE(SAT)、hFE、VGE(th)

  • 進階電性與可靠度驗證

    • 參數驗證(Parametric Verification, PV)

    • 靜電放電測試:HBM / CDM

    • 雪崩耐受測試(Unclamped Inductive Switching, UIS)

    • 短路特性測試(Short Circuit Characterization, SC)

    • 介電完整性測試(Dielectric Integrity, DI)

 

 

設備能力

MCC HPB6

MCC HPB6

  • Handle devices up to 1000 watts
  • Water-cooled and high-force for individual temperature  control per device
  • 16 independent board slots
  • 128 digital I/O channels + 128 output-only channel
  • 24 high-power individually programable power supplies 

       (250W, 175A, 0.3V to 1.8V) per board

  • 24 low-power individually programable power supplies

       (60W, 15A, 0.3V to 4.0V) per board

  • 64M standard and 128M optional parallel vector depth – subroutine capable
  • 8 programmable high-frequency clocks,up to 350 MHz – LVDS to the BIB

INCAL SONOMA

  • Handle devices up to 800 watts
  •  Liquid to Air heat exchanger for cabinet cooling
  •  Liquid to Liquid heat exchange for DUT Temp control
  •  Water-cooled and chilling for individual temperature control per device
  • Up to 88 DUTs
  • 128 digital I/O channels
  •  8 Core Power supplies 0.5V to 3.3V/200A
  • 8 Power Supplies 5V/12A
  •  4 Quad Core 4 x 2V/40A
  • 32 ADC channels
  •  Unlimited Vector Memory at 27M Burst
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