《電網(wǎng)用IGBT器件高溫反偏試驗(yàn)方法》

ICS31.080.01;

L40

T/CEC

中國電力企業(yè)聯(lián)合會標(biāo)準(zhǔn)

T/CEC3003—2019

電網(wǎng)用IGBT器件高溫反偏試驗(yàn)（HTRB）

方法

MethodofHighTemperatureReverseBias(HTRB)TestonIGBTDevicesUsed

inPowerGrid

★點(diǎn)擊此處添加與國際標(biāo)準(zhǔn)一致性程度的標(biāo)識

征求意見稿

2020-XX-XX發(fā)布2020-XX-XX實(shí)施

中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布

T/CECXXXX—XXXX

II

T/CECXXXX—XXXX

電網(wǎng)用IGBT器件高溫反偏試驗(yàn)（HTRB）方法

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電學(xué)偏置、溫度和壓力隨時間的變化對IGBT器件影響。它以加速的方式模擬器件的運(yùn)

行狀態(tài)，主要用于器件的性能檢測和可靠性評估。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于1200V/300A及以上大功率IGBT器件，IEGT、BIGT等器件也可參照此標(biāo)準(zhǔn)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T29332半導(dǎo)體器件-分立器件-第9部分:絕緣柵雙極晶體管(IGBTs)

IEC60747-9半導(dǎo)體器件-分立器件-第9部分:絕緣柵雙極晶體管(IGBTs)(Semiconductordevices

–Part9:Discretedevices–Insulated-gatebipolartransistors(IGBTs))

IEC60749-23半導(dǎo)體器件機(jī)械和氣候試驗(yàn)方法第23部分：高溫壽命周期(Semiconductordevices-

Mechanicalandclimatictestmethods-Part23:Hightemperatureoperatinglife)

JESD22-A108F溫度，偏置和運(yùn)行壽命（Temperature,Bias,andOperating）

3術(shù)語和定義

GB/T29332界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1IGBT的圖形符號

本標(biāo)準(zhǔn)采用如下符號：

a)IGBTb)逆阻型IGBTc)逆導(dǎo)型IGBT

圖1圖形符號

注：本標(biāo)準(zhǔn)僅適用N溝道IGBT的圖形符號，本標(biāo)準(zhǔn)也適用于P溝道器件，但必須使極性適宜。

3.2一般術(shù)語

3.2.1

逆阻型IGBTreverse-blockingIGBT；RB-IGBT

在集電極-發(fā)射極承受反向電壓時，具有反向阻斷狀態(tài)的單器件結(jié)構(gòu)的IGBT。

3.2.2

逆導(dǎo)型IGBTreverse-conductingIGBT；RC-IGBT

在集電極-發(fā)射極承受反向電壓時，與正向通態(tài)電壓相當(dāng)?shù)碾妷合聜鲗?dǎo)大電流的單器件結(jié)構(gòu)的IGBT。

3.2.3

壓接型IGBTpresspackIGBT

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需要通過施加外部壓力才能夠正常工作的IGBT器件。器件內(nèi)部可包括IGBT和FRD兩種芯片，也

可僅有IGBT一種芯片。

3.2.4

機(jī)械壓力claimpingforce

IGBT器件內(nèi)部各組件直接堆疊在一起，通過外部壓力使得各組件間保持良好的機(jī)械與電氣接觸，這

種外部壓力稱為機(jī)械壓力。

3.2.5

最高結(jié)溫maximumjunctiontemperature

器件的最高結(jié)溫，超過了這個溫度可能會發(fā)生損壞（潛在的或者其他的）。

3.2.6

最大額定電壓maximumratedvoltage

可施加到器件上的最大電壓，超過了可能會發(fā)生損壞（潛在的或者其他的）。

3.2.7

產(chǎn)品批次productbatch

基于同一批次芯片，封裝并檢驗(yàn)合格的IGBT產(chǎn)品為同一產(chǎn)品批次。

4符號和縮略語

下列符號和縮略語適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

4.1符號

名稱文字符號

4.1.1電壓

集電極-發(fā)射極電壓VCE

柵極-發(fā)射極短路時，集電極-發(fā)射極電壓VCES

柵極-發(fā)射極電壓VGE

集電極-發(fā)射極短路時，柵極-發(fā)射極電壓VGES

柵極-發(fā)射極飽和電壓VCEsat

柵極-發(fā)射極閾值電壓VGE(th)

最大額定電壓VCESmax

逆導(dǎo)型IGBT反向電壓VRC(RC-IGBT)

4.1.2電流

集電極電流IC

柵極-發(fā)射極短路時，集電極截止電流ICES

柵極電流IG

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集電極-發(fā)射極短路時，柵極漏電流IGES

逆阻型IGBT反向電流IR(RB-IGBT)

4.1.3溫度

環(huán)境溫度Ta

芯片結(jié)溫Tvj

管殼溫度Tc

最大結(jié)溫Tvjmax

4.1.4其他物理量

通態(tài)耗散功率Pcond

通態(tài)能量Econd

阻態(tài)耗散功率Prev

總耗散功率Ptot

結(jié)-殼熱阻Rth(j-c)

結(jié)-殼瞬態(tài)熱阻抗Zth(j-c)

4.2縮略語

IGBT：絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gatebipolartransistor）

HTRB：高溫反偏試驗(yàn)（Hightemperaturereversebias）

5試驗(yàn)電路

a)IGBTb)逆阻型IGBTc)逆導(dǎo)型IGBT

圖2高溫反偏試驗(yàn)電路

注：規(guī)定保護(hù)電阻阻值，其分壓值不大于10%VCC。

6設(shè)備要求

6.1基本功能要求

a）應(yīng)滿足試驗(yàn)所需的溫度、偏置電壓和壓力（適用時），并至少保持2000小時不間斷。

b）試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)溫度、IGBT器件的Vce和Ices均可實(shí)時在線監(jiān)測，并記錄全過程試驗(yàn)曲線。

c）應(yīng)限制測試支路的功耗，以便在被測器件發(fā)生故障時，不會對故障器件和其他器件施加過大的

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功率。

d）具備上述功能要求的試驗(yàn)系統(tǒng)也可認(rèn)定為滿足設(shè)備要求。

6.2器件安裝

被測器件在試驗(yàn)箱內(nèi)的擺放位置，應(yīng)使其所處的環(huán)境完全滿足規(guī)定的溫度、電學(xué)偏置和壓力（適用

時）要求，并盡可能不影響腔體內(nèi)的空氣流動，從而使得箱體內(nèi)的溫度保持均勻。

6.3加熱方式

高溫反偏試驗(yàn)的加熱方式可采用烘箱式和加熱板式。

6.3.1烘箱式

烘箱式是通過熱風(fēng)循環(huán)加熱使烘箱內(nèi)部的溫度達(dá)到均勻，腔體內(nèi)的空氣對流將器件的溫度升至試驗(yàn)

溫度。

6.3.2加熱板式

加熱板式是通過溫度可控的導(dǎo)熱板傳熱方式，將器件的溫度升至試驗(yàn)溫度。

6.4電源要求

a）用于設(shè)置、監(jiān)控電源和信號源的儀器應(yīng)經(jīng)過計(jì)量，并具有良好的長期穩(wěn)定性。

b）直流電源的最高輸出電壓不低于被測器件額定電壓的80%。直流電源輸出電壓最大允許偏差±

2%，分辨率應(yīng)滿足±0.1V。

c）漏電流采集分辨率需應(yīng)滿足表1要求。

表1漏電流采集分辨率要求

漏電流范圍分辨率

0≤Ices＜1mA±100nA

1mA≤Ices＜10mA±1uA

10mA≤Ices＜100mA±10uA

Ices≥100mA±100uA

6.5溫度能力

a）試驗(yàn)溫度控制范圍應(yīng)滿足：室溫~175℃；

b）試驗(yàn)溫度控制精度應(yīng)滿足：≤1℃；

c）試驗(yàn)溫度均勻度應(yīng)滿足：≤±1℃；

d）升溫速度應(yīng)不小于100℃/小時。

6.6設(shè)備散熱能力

6.6.1烘箱式設(shè)備散熱能力

設(shè)備的散熱能力要大于器件在試驗(yàn)時產(chǎn)生的最大功率。

設(shè)備最大散熱能力（Pequitment）≥阻態(tài)耗散功率（Prev）*被測器件數(shù)量(n)

6.6.2加熱板式設(shè)備散熱能力

單套熱板的散熱能力要大于器件在試驗(yàn)時產(chǎn)生的最大功率。

熱板最大散熱能力（Pequitment）≥阻態(tài)耗散功率（Prev）

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7試驗(yàn)條件

7.1樣本

同批次不少于5只樣品。

7.2試驗(yàn)溫度

若在規(guī)定的偏置條件下，試驗(yàn)溫度優(yōu)先采用最高結(jié)溫（Tvj(max)）—阻態(tài)耗散功率（Prev）×結(jié)殼熱

阻（Rth(j-c)）。

7.3偏置電壓

a)器件最大額定電壓VCESmax≤2000V時，VCE優(yōu)先采用VCESmax；

b)器件最大額定電壓VCESmax＞2000V時，VCE優(yōu)先采用80%VCESmax。

7.4應(yīng)力時長：

應(yīng)力時長是指被測樣品在7.2和7.3規(guī)定條件下的試驗(yàn)時間。偏置應(yīng)力時長應(yīng)不少于1000小時。

圖3應(yīng)力時長示意圖

8測試步驟

8.1初測

試驗(yàn)樣品在進(jìn)行高溫反偏試驗(yàn)前，先進(jìn)行外觀檢查，并按照器件數(shù)據(jù)手冊規(guī)定條件對器件的常溫和

高溫靜態(tài)參數(shù)進(jìn)行測試。

8.2安裝

按照器件數(shù)據(jù)手冊推薦的壓力或扭矩，將器件安裝在散熱器上，并按照第5條試驗(yàn)電路進(jìn)行電氣連

接。

8.3偏置

施加偏置電壓時，被測器件柵極和發(fā)射極之間應(yīng)可靠短路，偏置電壓施加的位置為集電極與發(fā)射極

之間。

8.4升溫

應(yīng)在3h內(nèi)將試驗(yàn)溫度從室溫升高到所需的試驗(yàn)溫度。

注：需保證試驗(yàn)溫度下，壓接型器件的機(jī)械壓力不超過器件手冊規(guī)定的最大壓力值。

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8.5監(jiān)測

試驗(yàn)過程中，應(yīng)連續(xù)監(jiān)測全部被測器件的漏電流，采樣間隔不超過10分鐘。

8.6降溫

應(yīng)在3h內(nèi)將試驗(yàn)溫度降低至55℃或者更低溫度（可由客戶與器件廠商協(xié)商），再去除偏置電壓；待

溫度降至室溫時，才可以去除被測器件的安裝應(yīng)力。其他要求，參照IEC60749-23第5節(jié)。

8.7復(fù)測

8.7.1中間電測試

為了及時發(fā)現(xiàn)器件異常，試驗(yàn)過程中，可進(jìn)行一次或多次中間電測試，測試內(nèi)容應(yīng)與初始檢測時一

致。試驗(yàn)過程中的中間電測試應(yīng)在被測器件從試驗(yàn)設(shè)備中取出并恢復(fù)室溫后盡快進(jìn)行，如無特殊約定，

樣品應(yīng)在24小時內(nèi)完成電測試并重新恢復(fù)試驗(yàn)。

8.7.2最終電測試

試驗(yàn)結(jié)束后所有樣品應(yīng)進(jìn)行最終電測試，測試內(nèi)容應(yīng)與初始檢測時一致。最終電測試應(yīng)在被測樣品

從試驗(yàn)設(shè)備中取出并恢復(fù)室溫后盡快進(jìn)行，如無特殊約定，樣品應(yīng)在72h內(nèi)完成最終電測試。

9接收判據(jù)

上述試驗(yàn)后，在常溫和高溫下復(fù)測器件的靜態(tài)參數(shù)，若參數(shù)復(fù)測值超出表2規(guī)定的接收范圍，則認(rèn)

為該器件未通過高溫反偏試驗(yàn)考核。特定的接收判定標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)能在相應(yīng)的文檔或者器件手冊中查詢。

表2接收判定特性

特性接收判據(jù)

ICESICES＜USLandICES＜2IMV

IGESIGES＜USL

IR（RB-IGBT）IR＜USLandIR＜2IMV

VCesat＜1.2IMV

VCEsat

and＜USL

VGE(th)0.8IMV＜VGE(th)＜1.2IMVand＜USL

VFVF＜1.2IMVand＜USL

VRC＜1.2IMV

VRC—（RC-IGBT）

and＜USL

注：USL——規(guī)范上限值；LSL——規(guī)范下限值;IMV-高溫反偏試驗(yàn)前初測值

10試驗(yàn)時間認(rèn)定

高溫反偏試驗(yàn)時間需按照7.4規(guī)定的應(yīng)力時長，若試驗(yàn)期間因停電或者中間電參數(shù)測試等原因，造

成試驗(yàn)中斷情況時，則應(yīng)按照表3中規(guī)定的補(bǔ)時原則，在完成規(guī)定試驗(yàn)時間的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)時。試驗(yàn)結(jié)

束后，未在規(guī)定的時間內(nèi)進(jìn)行最終電測試時，則應(yīng)按照表4中規(guī)定的補(bǔ)時原則進(jìn)行補(bǔ)時試驗(yàn)。

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表3應(yīng)力時長內(nèi)的中斷試驗(yàn)補(bǔ)時規(guī)定

超出規(guī)定時間間隔的

24＜T168>168但336>336但504其他

小時數(shù)（h）

每超過規(guī)定時間間隔

進(jìn)行電氣測試前