高压SiC器件长期可靠性验证试验方法

        高压SiC器件长期可靠性验证试验方法。本方案针对高压 SiC MOSFET/SiC 二极管分立器件、功率模块开展长期耐压 + 脉冲开关应力可靠性验证，模拟电力电子变流器长期运行下的高压持续偏置、高频脉冲开关、高 dV/dt 动态应力，考核栅氧层、钝化层、芯片键合、封装绝缘长期退化特性。试验设备包含：耐压测试仪、脉冲信号源、数字示波器、高压无源探头、高压差分探头、柔性罗氏线圈（柔性电流探头）。

一、适用标准

1、GB/T 4586 半导体器件 分立器件 第 8 部分：场效应晶体管（静态参数基础测试）

2、GB/T 4937.34-2024 半导体器件 机械和气候试验方法 第 34 部分：功率循环试验

3、GB/T 48164.1-2026 半导体器件 SiC MOSFET 可靠性试验方法 偏置温度不稳定性（BTTI）

4、T/CASAS 044-2025 SiC MOSFET 高压高温高湿反偏试验（HTHGB）

5、T/CASAS 动态反偏 DRB 试验方法（高 dV/dt 动态长期应力）

6、配套参考：IEC 63275、JEDEC JEP190（SiC 器件 dV/dt 鲁棒性评估）

说明：本方案将直流长期耐压静态老化+脉冲动态开关老化组合，同时在线采集电压电流波形，用于评估静态绝缘退化与动态开关应力下长期失效。

二、试验目的

1、验证高压 SiC 器件在额定 / 加速高压偏置下，长时间静态耐压稳定性，评估漏电流缓慢漂移、封装绝缘老化。

2、验证高频脉冲开关长期应力下，高 dV/dt 引起栅氧、体二极管、界面电荷累积退化（BTI、动态反偏退化）。

3、通过示波器 + 高压探头 + 柔性电流探头，连续监测 Vds、Vgs、Ids 波形，捕捉参数漂移、振荡、漏电异常。

4、建立器件失效判据，确定长期工作寿命，为变流器整机可靠性评估提供数据。

三、设备清单

四、样品准备与初始基准测试

4.1 样品选取

样品分组：参考 GB/T 48164.1，每组不少于 5 只同批次 SiC 器件；设置对照组（不施加应力）。

样品外观初检：封装无裂纹、塑封无鼓包、引脚完好，记录样品编号。

4.2 初始基准参数测试（试验前，室温 25℃）

按 GB/T 4586 完成静态参数记录：

1、Vgs (th) 阈值电压

2、Rds (on) 导通电阻

3、Vds 漏源击穿电压 V (BR) DSS

4、关态漏电流 Idss

5、栅极漏电流 Igss

动态参数（示波器采集）：开通能量 Eon、关断能量 Eoff，开关波形、电流尖峰。

所有参数作为基准值，后续每次中间测试对比相对变化率。

五、试验回路搭建与安全检查

5.1 测试接线

1、耐压测试仪输出接器件漏极 D；源极 S 接功率地；栅极 G 由脉冲信号源驱动。

2、高压差分探头跨接 G-S 两端，采集 Vgs 栅极波形（浮地测量，防止共模干扰）。

3、高压无源探头接 D-S，采集漏源电压 Vds。

4、柔性罗氏线圈套在 D 极或 S 极主回路，采集 Ids 脉冲电流。

5、示波器四通道同步触发：Vds、Vgs、Ids、脉冲驱动信号。

探头校验：试验前对高压探头、差分探头、电流探头做增益、零点校准；探头地线尽量短，减小回路寄生电感，抑制 SiC 高频振荡。

5.2 安全联锁（强制）

1、高压回路设置安全围栏、门联锁，开门自动切断高压并强制放电。

2、耐压仪设置过流保护阈值，一旦漏电流突增，立即切断高压，自动泄放母线电容。

3、每次接线变更前，电容充分放电，验电确认无残压。

六、试验步骤（静态长期耐压 + 脉冲动态老化）

可二选一或组合开展，推荐组合试验更贴近实际工况。

6.1 初级阶段：静态高压长期耐压老化（依据 GB/T4586、T/CASAS 044）

1、样品置于试验夹具，确认接线、探头连接无误；温箱设定目标温度（可选 85℃/125℃加速）。

2、耐压测试仪缓慢升压至加速试验电压（推荐额定 VDS 的 80%~100%，不超过器件MAX额定值），升压速率≤50V/s，避免电压冲击。

3、开始计时，连续施加高压，持续监测漏电流 Idss。

4、定时中断（24h、100h、250h、500h、1000h）：

降压、充分放电；取出样品，在室温复测全套静态参数 + 动态双脉冲波形。

记录 Vgs (th) 漂移、Rds (on) 变化、Idss 变化。

5、失效判定（参考 T/CASAS 044）：

Idss 急剧增大、击穿电压下降；

Vgs (th) 偏移＞±20%；Rds (on) 升高超过初始值 20%；

封装鼓包、塑封开裂、打火、短路，判定器件失效，终止该样品试验。

6.2 第二阶段：脉冲开关长期动态应力老化（DRB 动态反偏试验，T/CASAS 团体标准）

模拟变换器高频开通关断，高 dV/dt 动态应力，考核栅氧与体二极管退化：

1、保持母线高压（耐压仪维持直流母线电压）；脉冲信号源输出栅极驱动脉冲，设置驱动幅值、死区、频率、占空比。

2、示波器连续采集 Vds、Vgs、Ids 波形，记录开关振荡、尖峰、开关损耗。

3、持续脉冲循环老化；按预设时间节点暂停试验，放电后取出样品复测静态 + 动态参数。

4、观测动态反偏退化现象：阈值漂移、体二极管双极退化、开关损耗逐步上升。

5、出现以下任一现象判定失效：

器件无法正常关断，Vds 钳位失效；

开关波形畸变，漏电流持续飙升；

静态参数超出上述判据。

6.3 数据采集要求

1、每轮中断测试，示波器保存原始波形文件（Vds/Vgs/Ids）。

2、记录：试验时长、环境 / 结温、漏电流、各项电参数、波形特征。

3、建立时序曲线：Vgs (th)- 时间、Rds (on)- 时间、Idss - 时间。

七、失效判定标准

依据 GB/T4586、T/CASAS 044：

1、电学参数：

阈值电压 Vgs (th) 相对初始值漂移＞±20%；

导通电阻 Rds (on) 上升＞20%；

关态漏电流 Idss 增长超过规格上限；

2、波形特征：开关严重畸变、持续电流尖峰、关断无法建立 Vds；

3、物理外观：封装分层、鼓包、裂纹、碳化、引线熔断；

满足任意一条判定样品失效。

八、试验终止规则

1、样品达到预设总时长（如 1000h），无参数超标 → 通过长期可靠性验证。

2、样品触发失效判据 → 停止该样品，记录失效时间，开展失效分析。

3、发生打火、短路、安全联锁触发 → 立即切断高压，放电，终止试验排查故障。

九、试验报告输出内容

1、试验目的、引用标准、样品信息（型号、批次、数量）

2、设备清单、探头型号与校准记录、试验条件（电压、温度、频率、占空比）

3、初始基准参数、各时间节点参数记录表

4、示波器采集典型波形（Vds、Vgs、Ids）、参数漂移趋势图

5、失效样品编号、失效时间、失效现象、失效判据依据

6、结论：器件在本试验条件下的长期可靠性评估结论

十、高压SiC器件长期可靠性验证试验方法注意事项

1、高压试验必须执行高压安全作业规范，电容放电、验电是强制步骤；

2、SiC dV/dt 极其高，探头引线过长会引入振荡，干扰测量结果；高压差分探头必须满足共模电压要求；

3、柔性电流探头适合脉冲大电流，但低频直流分量无法测量，静态漏电流依靠耐压测试仪采集；

4、加速试验外推寿命仅作为评估参考，加速因子需要结合失效机理确认，不可直接等同于实际工况寿命。