通過產品的可靠性試驗可以了解產品在不同環境及不同應力條件下的失效模式與失效規律。通過對失效產品所進行的分析可找出引起產品失效的內在原因（即失效機理）及產品的薄弱環節，從而可以采取相應的措施來提高產品的可靠性水平。

對于元器件來說，由于構成它的材料的組合、材質、處理條件、制造條件、檢查、篩選等有關設計和制造等因素的不同，還由于使用條件、環境條件和維修方法的不同，在生產過程中形成的潛在缺陷種類不同，其發生方法不同。生產過程中形成的缺陷（起因）和誘因（外部應力，時間經歷）兩方面發生作用，隨著該元器件使用時間的增長缺陷顯露出來，因此可觀測到各式各樣的失效模式。

01 電子元器件的失效規律——浴盆曲線

??圖1 一般電子元器件的失效率與時間的關系??

第Ⅰ區(早期失效階段)：由一種或幾種具有一定普遍性的原因(如設計、制造中的缺陷)所造成；對不同品種、不同工藝的器件，這一階段的延續時間和失效比例是不同的，主要是工藝缺陷導致。

第Ⅱ區（偶然失效階段）：是器件良好使用階段，失效是由多種而又不太嚴重的偶然因素引起。該階段是產品最佳的工作階段。

第Ⅲ區（耗損失效階段）：大部分器件相繼失效，失效是由全局性的原因(老化、磨損、損耗、疲勞等)造成的。主要是“材料的壽命到了”。

圖2 Wolfspeed 可靠性報告中的浴盆曲線

浴盆曲線是大量電子原件的統計規律。在實際中元器件不一定都會出現上述的三個階段，在成批的電子元器件中，有的元器件失效率曲線是遞增型、有些是遞減型，而有些則是常數型。浴盆曲線可以看作是三種失效率曲線的疊加合成。

02 失效機理

03可靠性實驗項目

HTRB（高溫反偏）

驗證長期穩定情況下芯片的漏電流，考驗對象是邊緣結構和鈍化層的弱點或退化效應，在測試中，需持續監測門極的漏電流和門極開通電壓，若這兩項參數超出指定規格，則模塊將不能通過此項測試。根據國際電工委員會(IEC)的標準，該試驗的條件為：試驗過程中結溫優選器件所能承受的最高結溫，施加的電壓優選最大反向偏壓的80%，考核時長根據器件不同的應用環境而不同，在電力系統中的應用一般要求達到 1000h。

HTGB（高溫柵極偏置測試）

SiC MOSFET的柵極存在可靠性話題，當MOSFET的極長期承受正電壓，或者負電壓，其柵極的開關電壓Vgsth會發生漂移。

在高溫環境下對門極長期施加電壓會促使門極的性能加速老化,在1000小時后,再測試門極的門檻值變化的程度。

HV-H3TRB（高溫高濕高反偏測試）

在這一項測試中，施加的電場主要用于半導體表面離子積累和極性分子的驅動力，但是為了避免測試過程中漏電流產生的溫升降低相對濕度，所以對于功率器件，一般選用80V作為為測試電壓促進水解作用，同時限制漏電流引起的溫升不超過2℃。低于80V的電壓不足以促進水解，使芯片表面的金屬離子發生電化學遷移，以達到器件失效的目的。對于阻斷電壓為1200V或更高的器件，測試電壓可調整為阻斷電壓的80%。這樣，可保證功率模塊在高濕度應用情況下具有更高的可靠性。

TCT（溫度循環測試）

熱循環測試主要是模擬外界溫度變化對功率模塊的影響。樣品在冷卻室和加熱室之間周期性地上下移動。試驗器件是被動地冷卻和加熱，為了確保每一層材料達到熱的平衡，循環時間相對較長。在測試過程中無需施加電壓或電流。

IOL（間歇工作壽命測試/功率循環測試）

通過外部電流加熱被測器件使得其結溫升高到設定結溫后，切斷加熱電流后并對被測器件進行降溫，從而產生溫度波動，這種反復的升溫和降溫過程使得材料發生老化，這種方式被稱為被動功率循環。

PCT（飽和蒸汽加壓實驗）

用來測試半導體封裝的抗濕氣能力，待測品被放置嚴苛的溫濕度以及壓力環境下測試，如果半導體封裝的不好，濕氣會沿著膠體或膠體與導線架之接口滲入封裝體之中，常見的故障原因：爆米花效應、金屬化區域腐蝕造成的短路、封裝體引腳間因污染造成的短路等相關問題。

來源：碳化硅研習社