在能源轉型與車用電子快速發展的時代，碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)等寬能隙半導體材料已廣泛應用於車用模組與高功率系統，帶動元件在性能、散熱與可靠度上的新挑戰，各項驗證標準日益嚴峻。
DEKRA iST德凱宜特於6月20日受邀參加由大塚資訊主辦於新竹豐邑喜來登大飯店舉行的「功率元件熱阻與壽命解析研討會」，由零組件工程部謝博安技術經理以「功率元件熱阻測試與功率循環簡介」為題，針對功率元件的熱阻測試方法、功率循環測試技術、實務驗證經驗及最新國際規範進展進行深入分享，協助業界掌握可靠度驗證的核心關鍵。
功率元件的規範更新與趨勢
在本次研討會中，謝博安技術經理分享AEC針對寬能隙半導體(WBG)元件的最新規範更新進行重點說明，協助業界掌握測試標準演進趨勢：
- 高溫高濕偏壓測試（H3TRB）: 舊版規範要求為85°C/85%RH的環境下施加100V電壓 ; 新版針對寬能隙半導體(WBG)元件特性進行修正，取消最大100V的限制，允許施加接近元件電壓80%的高壓，更貼近實際應用條件的壓力情境。
- 高加速應力測試(HAST) : 在130°C/85%RH下進行96小時的HAST偏壓測試可等效於1000小時的 H3TRB。儘管新版AEC不再建議將HAST作為正式驗證方法(避免Arching)，不過在實務上HAST仍常被作為快速篩選的輔助工具，尤其適用於研發階段的初步評估。
- 溫度循環測試（TCT）: 作為壽命預估的常見方法之一，適用於驗證封裝設計與製程整合後的整體可靠度。需上下游垂直整合利用終端封裝（如TO-247）進行測試，藉此篩查熱膨脹應力造成的潛在結構失效。
- 間歇性操作壽命測試（IOL） : 動態可靠度測試，利用升溫與降溫的循環模擬操作週期與開關狀態的反覆變化。測試設計為在25°C 環境下啟動元件自發熱，將結溫拉升至 125°C～150°C。此測試有助於確認元件在嚴苛操作條件下是否能夠長期穩定運行，更近似實際應用。
功率元件驗證測試解析
根據 AQG 的分析結果指出，提升晶片的電流耐受能力搭配熱阻優化設計，將有助於延長元件的整體壽命：根據統計，當熱阻降低 10%，在相同條件下，元件壽命有機會增加達 40%。反之，若散熱設計不良，則會導致局部過熱異常，進一步引發可靠度風險。
針對熱阻量測，DEKRA iST德凱宜特依循JESD51系列標準，採用T3STER熱阻測試儀，進行結構函數分析，系統支援最高 240A電流。測試流程包括選定加熱與感測方式，設定適當電流條件，並透過T3STER設備紀錄功率、電壓與溫度變化曲線，最終計算出熱阻（Rth）與接面溫度差（ΔTj）。透過掌握元件各層結構的熱阻分佈，有助於優化封裝設計，確保高功率電子元件在未來應用中具備更高的效能與可靠度。
謝博安技術經理也在研討會中以實際案例，解析如何依據元件數據推導出安全操作區域(Safe Operating Area, SOA)。透過計算不同工作週期(Duty Cycle)下的熱阻變化，可有效劃定瞬時電流上限與崩潰電壓。功率循環測試(Power Cycling Test)分為兩種情境：
- PC sec Cycling：短時開關(小於5秒)，主應力集中於晶片附近結構(如焊錫層)。
- PC min Cycling：長時開關(大於15秒)，熱得以從晶片傳遞至封裝外部，對模組整體產生應力(如打線、系統焊接)。
最後，謝博安技術經理進一步說明，在功率循環測試（Power Cycling Test），我們採用Power Tester 2400的解決方案進行測試、監控與分析。測試中可以同步監測操作參數如最大結溫(Tj-max)、熱阻(Rth) 及導通電壓(Von) ，提供即時數據判讀。此外，也可結合熱像儀快速偵測樣品局部發熱狀況，並透過電流供應模組的並聯設計，將測試能力擴展至 2400A，以滿足不同樣品的應力條件與測試架構需求。
總結
隨著寬能隙半導體（WBG）技術持續推進，其可靠度驗證與測試規範也正朝向更嚴謹、更加貼近實務應用的方向發展。DEKRA iST 德凱宜特將持續關注標準更新，並深化在功率元件測試、熱管理與可靠度驗證的技術量能，致力協助客戶在產品設計初期即掌握潛在熱風險，進一步提升元件效能與使用壽命。
未來，DEKRA iST 德凱宜特將持續提供從元件到系統端的完整可靠度驗證方案，與客戶共同應對功率元件在熱、電與環境三重應力下的各項挑戰，邁向高效率、高可靠度的未來電子應用。
DEKRA iST德凱宜特顧問團隊提供專業諮詢，讓所有在產品驗證上遇到的問題都能迎刃而解PROBLEM SOLVED。
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