寬禁帶(WBG)器件，如碳化硅和氮化鎵，正在提升各種應(yīng)用中的功率效率和熱管理，尤其是在電動汽車和可再生能源系統(tǒng)中，帶來了顯著的性能提升。

　　然而，近期這些技術(shù)的采用引入了特定的挑戰(zhàn)，尤其是在燒機和可靠性測試方面。為了確保符合質(zhì)量和可靠性標準，開發(fā)并整合針對這些器件的新壓力和測試方法至關(guān)重要。電子設(shè)計自動化(EDA)解決方案在連接研發(fā)與生產(chǎn)過程中發(fā)揮著重要作用。

　　WBG市場增長

　　WBG半導體的采用正在改變對高功率效率有需求的行業(yè)，如汽車、可再生能源和電信。例如，特斯拉通過在其Model 3逆變器設(shè)計中使用來自意法半導體的SIC MOSFET，激發(fā)了對碳化硅的興趣，實現(xiàn)了與傳統(tǒng)IGBT模塊相比75%的開關(guān)損耗降低。

　　這一進步使得逆變器變得更小更輕，同時提升了功率通量和熱管理。此外，GaN的高速開關(guān)能力為高壓電池充電、輔助DC/AC電源和12V及48V電池系統(tǒng)的DC/DC降壓轉(zhuǎn)換等新市場打開了大門。

　　WBG器件的燒機測試標準演變

　　WBG器件缺乏成熟和標準化的測試協(xié)議， necessitating 持續(xù)的創(chuàng)新。隨著對器件失效機制的了解加深，行業(yè)逐漸轉(zhuǎn)向更加針對性和有效的壓力條件。

　　例如，針對基于硅的器件的標準化可靠性測試并未考慮WBG半導體所面臨的獨特材料特性和操作壓力。碳化硅(圖1)和氮化鎵(圖2)的特定結(jié)構(gòu)和失效機制需要基于新技術(shù)和流程的不同方法。因此，EDA解決方案必須具有適應(yīng)性，整合新的壓力測試，以確?？煽啃远挥绊慦BG材料的效率提升。

　　WBG測試中的新興壓力機制

　　由于WBG半導體的獨特性質(zhì)，傳統(tǒng)的壓力機制需要通過額外測試來補充。目前正在整合到燒機和測試解決方案中的一些關(guān)鍵壓力測試包括：

　　體二極管壓力測試：專注于器件的固有體二極管，特別是在SiC MOSFET中至關(guān)重要。鑒于體二極管在正向和反向?qū)щ娭械淖饔茫藟毫y試評估其在重復(fù)循環(huán)下的穩(wěn)定性和抗降解能力，包括導通電阻穩(wěn)定性(第三象限操作)。

　　高溫反向偏置(HTRB)：該可靠性測試用于評估半導體器件在高溫和反向偏置電壓的壓力條件下的穩(wěn)定性和性能。對于WBG半導體而言，這一測試尤為重要，因為這些材料用于高功率和高溫應(yīng)用，而標準的半導體材料(如硅)在這些條件下效果較差。

　　HTRB測試中常見的WBG器件失效機制包括結(jié)降解、因長期暴露于高電壓和高溫而導致的柵氧化層降解，以及漏電流增加。

　　高溫柵偏置(HTGB)：該可靠性測試旨在測量柵絕緣體在持續(xù)高溫和恒定偏置電壓下的耐受能力。在HTGB測試中，器件通常在150°C至200°C或更高的溫度下保持，施加接近額定最大值的穩(wěn)態(tài)柵偏置。對于WBG器件，該測試可能進一步推高這些限制，因為這些材料本身能夠承受比傳統(tǒng)硅器件更高的電場和溫度。

　　高溫柵壓力(HTGS)：在HTGS中，器件的柵被施加恒定的高電壓，同時器件被加熱到高溫(通常在150°C到250°C之間)并保持較長時間，通常為數(shù)百或數(shù)千小時。對于WBG半導體，HTGS測試可能會更加嚴格，因為這些材料可以承受更高的工作電壓和溫度。

　　下表總結(jié)了與WBG器件相關(guān)的主要測試程序及其旨在強調(diào)的可靠性特性。

　　EDA解決方案中新功能的整合

　　EDA行業(yè)在為WBG器件引入創(chuàng)新壓力和測試功能方面處于前沿。其解決方案包含包級和晶圓級測試能力，以滿足靜態(tài)和動態(tài)特性要求。

　　以下是一些近期的整合：

　　增強的晶圓級測試：在晶圓級早期檢測缺陷和異常對于保持生產(chǎn)質(zhì)量至關(guān)重要。EDA的解決方案包括晶圓級壓力測試，以篩查熱和電氣的可靠性，從而減少下游問題。

　　現(xiàn)實模擬的動態(tài)壓力曲線：EDA的系統(tǒng)模擬現(xiàn)實操作條件，以揭示潛在的失效模式。通過整合模擬WBG器件在應(yīng)用中所面臨的開關(guān)和熱條件的動態(tài)壓力曲線，EDA使得早期識別可靠性問題成為可能。

　　先進的監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析：EDA行業(yè)的工具配備了復(fù)雜的監(jiān)測功能，提供器件在壓力下行為的實時洞察。通過利用數(shù)據(jù)分析，這些工具能夠更準確地預(yù)測失效模式，從而延長器件壽命并減少現(xiàn)場故障。

　　下表展示了EDA行業(yè)目前提供的WBG測試服務(wù)及未來能力的發(fā)布路線圖。

　　對半導體鏈的益處

　　引入這些新的壓力和測試功能對半導體鏈的每個階段都有益處：

　　設(shè)計和研發(fā)：通過具有強大壓力曲線的早期測試提供對設(shè)計弱點的洞察，使得在生產(chǎn)前進行迭代改進。這種方法加快了開發(fā)周期，確保最終產(chǎn)品符合可靠性標準。

　　生產(chǎn)：在生產(chǎn)中，這些先進的燒機和測試功能提高了合格率，最小化了昂貴的召回或后期干預(yù)。通過更早識別缺陷，制造商可以實施針對性的質(zhì)量控制措施，減少浪費，提高產(chǎn)品一致性。

　　終端用戶信心：通過確保WBG器件經(jīng)過嚴格測試且可靠，最終用戶可以自信地在要求高的應(yīng)用中部署它們。這增強了WBG技術(shù)的整體市場地位，并提高了各行業(yè)的采用率。

　　隨著WBG技術(shù)的不斷演進，半導體行業(yè)必須調(diào)整其測試和燒機協(xié)議以跟上步伐。EDA行業(yè)致力于將新壓力和測試功能整合到其解決方案中，體現(xiàn)了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)所需的主動方法。通過針對WBG器件的獨特失效機制進行專門的壓力測試，EDA行業(yè)正在推動WBG技術(shù)的進步，為更高效和可靠的未來鋪平道路。

浮思特科技專注功率器件領(lǐng)域，為客戶提供igbt、IPM模塊等功率器件以及MCU和觸控芯片，是一家擁有核心技術(shù)的電子元器件供應(yīng)商和解決方案商。