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车规级IGBT芯片筛选:动态测试的重要性与实现途径

文章来源 : 广东优科检测 发表时间:2024-07-09 浏览数量:

IGBT模块的需求和发展

在全球节能环保的大趋势下,新能源汽车、变频家电、新能源发电等领域发展迅速,加之我国经济的快速增长和能源需求的急剧上升,各企业对IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块的需求日益增加。新兴行业的快速发展也推动了IGBT市场的迅猛增长。


IGBT模块AEC-Q101认证.jpg


国内IGBT厂家的现状与挑战

传统上,国内IGBT厂家主要从事封装,芯片大多依赖进口品牌如英飞凌和ABB。这些进口芯片技术成熟,具有较高的良率和稳定性,因此在封装过程中因芯片质量问题导致的模块不良情况较少,封装厂通常在IGBT模块封装成成品后才进行动态参数测试。

随着国产IGBT芯片的崛起,越来越多的自主芯片被引入封装厂并应用于各行各业。然而,大多数国产芯片尚未经过大规模市场和时间的考验,良率和稳定性可能不如进口品牌。如果在封装成模块后再进行动态参数测试,一旦模块测试失败,将导致巨大的损失。特别是对于电动汽车用IGBT模块,其价格昂贵,内部由多个单元组成,若一个单元失效,整个模块将报废,封装厂损失巨大。


Wafer阶段测试的局限性

目前,在wafer阶段进行测试时,大多数晶圆厂或封装厂采用静态测试。然而,静态测试条件有限,IGBT只能在低电压大电流或高电压小电流下工作,对芯片的筛选能力有限。而动态测试条件下,IGBT在高电压和大电流下开通和关断,对其性能要求更高,筛选标准更严格。若再配合高温短路测试,筛选能力将大幅提高。然而,wafer阶段的动态测试技术难度大,实现起来非常困难,且测试设备昂贵且难以获得,因此现阶段不易实现。


DBC阶段测试的可行性

另一种方法是在DBC(直接键合铜)阶段进行测试。在此阶段,将IGBT芯片从wafer上取下,焊接在DBC上,再进行一次绑线,将芯片的G、C、E极与DBC上预留的绑线位通过金属线连接起来。如果在DBC阶段对IGBT进行测试筛选,将性能不良的芯片提前筛选出来,封装成IGBT模块后模块的不良率将大大降低。DBC阶段的IGBT成本远低于IGBT模块,若在此阶段测试失败,每次仅损失一块DBC,避免了封装成IGBT模块后因测试失败导致的更大损失。

目前,大多数IGBT厂商对DBC的测试主要以静态测试为主,许多厂商尚未意识到DBC动态测试的重要性。尤其在导入国产IGBT芯片后,对DBC进行100%的动态测试非常必要,可以大大降低生产成本,提高产品可靠性。


DBC动态测试的重要性

DBC动态测试的主要目的是在更严苛的测试条件下,将IGBT芯片的不良品提前筛选出来,以降低制造成本。主要测试内容包括DBC的高温动态参数和高温短路耐受能力。然而,相较于模块动态测试,DBC动态测试难度更大,涉及到许多新的问题。例如,绝缘问题:由于DBC阶段的芯片表面暴露在空气中,没有硅凝保护,电极距离较近,在高电压下容易放电打火,损坏芯片;氧化问题:DBC暴露在空气中,在高温条件下易氧化变色,影响外观和焊接性能。因此,DBC动态测试设备技术难度较大,国内少有厂家能够制造出这种设备,依赖进口设备则价格高昂。


结论

国内新能源汽车的迅猛发展带动了对IGBT、SiC等车规级功率器件的大量需求,同时也对功率器件的可靠性提出了更高要求。为了满足汽车在各种工况下的严苛要求,以及车规级器件极低的失效率要求,需要引入更多更严格的筛选手段,同时兼顾总制造成本,以提高产品市场竞争力。高性能的DBC动态测试设备在提高功率器件筛选标准的同时,大大降低了器件制造成本,促进了国内功率器件的发展,并助力新能源汽车产业的蓬勃发展。


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