近年来WBG(Wide Band Gap)宽能隙半导体被应用于电池能源、车电系统等领域，由于具备了良好的耐高压、高温、低损耗及高功率的特性，不但可以快速提升组件技术，还能顺应全球积极推动的节能减碳潮流，而如何在快速的技术变革中掌握最新的趋势，则是未来发展技术时所必须考虑的关键重点。

7月5日DEKRA iST德凯宜特受邀参加DIGITIMES所举办的「电源技术论坛-高效电源转换设计」，零组件工程部资深经理陈冠玮(Max Chen)与现场业界先进分享「宽能隙功率组件于动态可靠度测试及动态量测技术探讨」，以当前国际间参考的汽车应用三大规范的发展与改版趋势为轴，逐步解析功率组件在静态与动态可靠度测试技术的差异及比对的重要性，并与来宾分享量测技术平台的价值。
 


目前汽车产业中由于电动车所使用的功率组件数量是传统燃油车的7~10倍，因此不论是在组件的效能、可靠度的要求、甚至是行驶安全的标准，都是车厂目前非常关切的，陈冠玮资深经理开场简述当日分享的主题：

1.车用规范之于WBG未来进程，2.WBG动态可靠度及实际案例分享，3.WBG动态量测及热阻应用；并介绍三个国际间常参考使用的车用规范：

  • AEC Q-series：AEC Q101是分立半导体组件的应力测试标准，其所要求的是经过所有测试后的组件必须达到零失效(Zero Defect)的结果，许多车厂均会要求车用分立半导体组件必须通过AEC Q101标准的验证，符合行驶安全的基本要求。因为是基本要求，所以也隐藏着更多实际应用时发生的问题,目前在Q101的测试中也将定义更细节专用的测试条件及内容，例如: HTGB、HTRB的测试，若能达到实时(real-time)监控漏电状况，将更深入了解产品在过程中发生的问题，且更有效率降低研发时程。
  • AQG 324：主要针对车辆中的电力电子转换器单元功率模块的资格认证，由于这项标准贴近实际的使用状况，因此目前大部分电动车制造商更为关注功率模块是否符合此标准，简单来说车厂已经把AQG 324 视为厂规来定义。

  • ISO 16750：针对道路车辆、电气和电子外围产品等实际的环境条件提供的指导标准，其中2023年7月改版时在电气环境的部分将电压频率由原燃油车规格20kHz提升到200kHz，将WBG宽能隙半导体的特性纳入考虑的范畴，可见已开始考虑到电动车产业的特性。

陈冠玮资深经理提及，DEKRA iST德凯宜特今年四月前往美国底特律参加2024 AEC Workshop，议程中提及由于WBG的使用方式与硅(Silicon)不同，需要不同的应力条件；但目前AEC-Q101中的测试要求，并未充分涵盖WBG宽能隙半导体，因此AEC将扩展/修改Q101或建立新的独立文件。陈冠玮资深经理汇整议程中关于WBG宽能隙半导体重要的六个可能会改版的要点：HAST/H³TRB、IOL/PTC、TC、GSS、BDOL、HV H³TRB。其中，AEC特别定义裸晶需要进行的测试，例如IOL及TC测试，在进行TC测试前必需要先跟裸晶供货商确认封装方式； AEC也定义出HV H³TRB的内容，并且取消AEC-Q101中测试电压最大100V的限制，因此未来实验室在高温高湿条件下能够使用更高的电压进行测试。

 
陈冠玮资深经理向现场来宾概略介绍BDOL、IOL、PCT三种测试方法：
  • BDOL(body diode operating life)：属于早期寿命失效测试，大多故障都发生在100小时以内，因此可以使用ELFR进行筛选。执行BDOL测试时需要达到输出20A甚至更高的电流要求，以至于无法使用风冷降温方式控温，此时可使用水冷系统方式进行控温,以达到符合组件操作温度下的测试。
  • IOL(Intermittent Operating Life)间歇性操作寿命测试：利用组件自发热进行高低温循环去执行长时间on/off切换开关的测试，而IOL所使用的是风冷式系统进行控温，使△Tj的数据大于100oC的Junction做循环，对于WBG组件功率日益增加趋势，IOL测试是相当重要的。
  • PCT(Pulse Cycling Test)测试设置和监控：属于大功率模块类型的测试，在DEKRA iST德凯宜特目前能做到800安培的循环测试，使用水冷式系统进行控温，并实时监控△Tj、TJmax以及Von/Ron的重要数据，而由计算出的热阻结构函数就能以非破坏方式得知产品可能发生异常的位置。

针对车用功率模块AQG 324的要求，陈冠玮资深经理与来宾分享相关动态可靠度的测试方法，第一个是Dynamic reverse bias (DRB)，如H³TRB(高温高湿反向偏压)是在环境湿度的条件下增加动态偏压，以开关频率大于25K Hz进行验证；第二个是Dynamic gate stress(DGS)，透过电压变化对闸极施加压力，致使宽能隙半导体中的Vth和RDS(on)漂移，来验证模块的效率损失程度。
 


陈冠玮资深经理进一步提到，随着高速运算技术发展之下，无论是AI、CoWoS等功率模块都需要解决散热的问题，而DEKRA iST德凯宜特目前针对热阻的测试采用国际规范JEDEC 51-1的电性量测法(Electrical test method)，分为四个量测步骤：(1)寻找合适感测电流、(2)校正(K factor)、(3)功率转换/撷取、(4)结构分析。透过结构分析数据，可以得知组件每一层结构的热阻数值；组件是由芯片、固金、基板、导热胶堆栈上去，时常透过TST、TCT或IOL的测试应力，来加速验证组件的可靠度，而测试后搭配热阻量测，可快速辨识组件封装内部的结构是否存在缺陷。再者，热阻参数不仅能分析结构是否异常，还能融合电性参数运算出功率组件的安全工作区域SOA(Safe Operation Area)。这些方法不仅能以非破坏式方式量测，减少样品损耗和时间成本，还能降低研发成本、缩短技术修正时程。
 

陈冠玮资深经理分享可靠度手法比对的重要性，静态和动态测量之间的差异可以用诊断心脏功能的心电图来比拟，针对隐藏性或突发性的缺陷，透过静态量测得到无异常的结果，若能再搭配动态量测，即可以提供不同条件下更全面的讯息，进而找到真正失效原因。唯有透过不同维度的比对分析才能得到有意义的数据。因此，利用高频率开关仪器，执行动态量测，需关注MOSFET的四个指标：开关损耗、时间、过冲和开关速度，可以协助侦测高频开关下可能存在的问题。

 
 

在演讲的最后，陈冠玮资深经理总结此次的分享，并展望新兴能源的发展趋势，WBG宽能隙半导体的市场应用将越来越广泛，如全球持续推动太阳能、风力发电、智慧储能与电网三大绿能供应链等，如何确保产品的高可靠度水平，陈冠玮资深经理向来宾阐述五大关注方向：

  1. 从材料、芯片到模块组装的垂直整合型生产模式
  2. 区分组件类、模块类之车用国际规范，通过可靠度验证，加快量产历程
  3. 功率组件／模块非破坏及破坏性精准异常分析
  4. 模块封装技术发展与散热经验的累积
  5. 静态量测与动态量测设备选择及量测实验室能力比对

顺应全球积极推动的节能减碳潮流，WBG宽能隙半导体厂商如何在快速的技术变革中掌握最新的趋势，以最有效率的方式验证自身产品，提升可靠度水平，将是未来发展产品时所必须考虑的关键重点！​​​​
 

来宾参加DEKRA iST德凯宜特摊位独家填问卷送好礼活动

DEKRA iST德凯宜特团队提供现场来宾专业咨询

 

 

DEKRA iST德凯宜特顾问团队提供专业咨询，让所有在产品验证上遇到的问题都能迎刃而解PROBLEM SOLVED

如需更深入的相关信息或服务，欢迎来信至咨询信箱📧sos@dekra-ist.com

 

 



 
回上层