2026年功率测试作业指导书

2026年功率测试作业指导书1目的与适用范围本指导书用于2026年度所有量产及研发阶段功率半导体器件（含Si、SiC、GaN）在额定工况下的稳态与瞬态功率测试，覆盖单管、模块、IPM、功率IC及无源磁性元件。测试结果用于设计验证、可靠性筛选、出厂检验及失效分析。适用温度范围-55℃～200℃，电压上限2000V，电流上限2000A，频率上限10MHz。2引用标准JEDECJESD51-142019IEC60747-8:2020AEC-Q101Rev.DMIL-STD-750Method3101GB/T29332-2022公司内部标准Q/XY-PE-2026-033术语与符号Ptot：总功耗RθJC：结-壳热阻Zth：瞬态热阻抗VDS(on)：导通压降Eon/Eoff：开关能耗Tj：结温Tc：壳温Ta：环境温度ΔT：温升tP：功率脉冲宽度tM：测量窗口fSW：开关频率RMS：真有效值4测试原理4.1稳态功率测试在恒定壳温条件下，施加直流或低频正弦电流，使器件进入热平衡，记录Tj与Ptot，计算RθJC=(Tj-Tc)/Ptot。4.2瞬态功率测试施加单脉冲或脉冲串，利用电学法（VCE(sat)温敏系数K-factor）或红外热像法捕获Zth曲线，提取热阻-热容网络模型。4.3开关功率测试在双脉冲或连续升压斩波平台，测量VDS、ID、Eon、Eoff，积分得Psw=(Eon+Eoff)×fSW，结合导通损耗Pcond，得到Ptot=Pcond+Psw。4.4磁性元件功率测试使用正交功率分析仪，分离铜损PCu与铁损PFe，总损耗Pcore=PCu+PFe，通过量热法校准。5环境与安全要求5.1环境温度23℃±5℃，湿度45%RH～75%RH，大气压86kPa～106kPa，振动<0.1g，洁净度ISO8级。5.2安全高压区设置互锁，红外光栅0.5m内触发急停；2000A母排包覆绝缘套，佩戴1000V绝缘手套与护目镜；GaN测试须屏蔽紫外辐射；SiC测试注意高频dv/dt>50V/ns时防止触电。5.3ESD所有操作台面铺导静电胶皮，接地电阻<1Ω；器件包装屏蔽袋表面电阻10^6Ω～10^9Ω；测试人员佩戴腕带与脚带，系统监测漏电流<5μA。6设备与计量6.1主设备名称型号关键指标校准周期备注功率循环平台PCT-2000A2000A/2000V，tR<50ns12个月具备K-factor在线标定双脉冲测试仪DPT-10G10MHz采样，2GSa/s12个月罗氏线圈带宽100MHz红外热像仪FLIRX85801280×1024，1kHz帧频24个月发射率校准片0.95量热计CAL-10000.1W分辨率，±0.5%12个月恒温油槽±0.01℃功率分析仪PA80000.01%精度，10MHz带宽12个月支持正交分解6.2辅助高压差分探头、同轴分流器、光纤测温仪、液冷机、氮气柜、真空吸笔、扭矩扳手、无水乙醇、N2气枪。7测试准备7.1样品接收核对料号、批次、DPA报告；外观20×显微镜下无裂纹、崩边；引脚共面性<0.1mm；X-ray检查焊料空洞率<5%。7.2预处理Si基器件150℃/24h去湿，GaN器件120℃/12h；记录初始电参数VGS(th)、RDS(on)、VSD。7.3夹具装配模块上下表面涂覆0.1mm导热硅脂（λ=3.5W/m·K），扭矩按厂家规格交叉锁紧，首次锁紧后30min复拧；插入K型热电偶于铜基板1mm盲孔，孔内填导热胶。7.4电气连接母排宽度按电流密度<5A/mm²计算，表面镀银；栅极驱动线双绞<2cm/匝，驱动电阻Rg实测与标称偏差<2%；电流采样用同轴分流器，环路面积<1cm²。8稳态功率测试步骤8.1初始记录记录Ta、Tc初始值，热像仪保存0s基准图像。8.2施加电流以0.2IN为步进递增，每步稳定10min，至目标Ptot；记录Tj、Tc、VDS(on)、ID；当ΔT<0.2℃/5min视为稳态。8.3数据处理计算RθJC，取三次平均，σ<1%；若RθJC>规格书110%，判不合格。8.4降额验证在125℃壳温下重复8.2，验证Ptot降额曲线；记录Tjmax，要求Tjmax<175℃（Si）、200℃（SiC）、175℃（GaN）。9瞬态功率测试步骤9.1单脉冲Zth设置tP=1ms，P=100W，采样间隔1µs；记录Tj(t)，用公式Zth(t)=(Tj(t)-Tj0)/P；拟合Cauer四阶模型，R²>0.999。9.2连续脉冲占空比D=50%，f=1kHz，循环1000次；对比第1次与第1000次Zth曲线，漂移<2%。9.3失效判据若Zth增幅>5%，或热阻网络出现负热容，则停止测试，开封分析。10开关功率测试步骤10.1双脉冲平台设置VDC=800V，ID=200A，Rg=2.2Ω，Tj=25℃；测量Eon、Eoff，积分窗口定义：VDS<5%VDC且ID>5%IDC；记录dv/dt、di/dt。10.2频率扫描fSW=10kHz～500kHz步进，保持D=50%，测Psw；绘制Psw-f曲线，线性度偏差<3%。10.3温度扫描Tj=25℃、125℃、175℃，每点重复10.1；计算温度系数α=(Psw(175℃)-Psw(25℃))/(150℃·Psw(25℃))，α<0.3%/℃为合格。11磁性元件功率测试步骤11.1正弦激励f=100kHz，B=100mT，测Pcore；用B-H分析仪分离PCu、PFe。11.2量热校准将磁芯置于量热计，独立测Pcore_cal；要求|PFe-Pcore_cal|/Pcore_cal<3%。11.3高频损耗f=1MHz，B=50mT，测Pcore；若Pcore>规格书110%，则判不合格。12数据记录与判据12.1记录格式样品ID测试项目条件结果判定操作员日期26A0123RθJC100W,Tc=25℃0.82K/WPASS张工2026-03-15原始数据保存路径：\\Lab\Power\2026\Raw\，保留15年。12.2判据稳态RθJC、瞬态Zth、开关Psw、磁性Pcore任一指标超规格即整批退货；若三项以上处于规格下限90%，启动加严抽样（AQL0.1）。13异常处理13.1热阻突增立即降低电流至10%，红外扫描定位热点；若热点在芯片中心，开封检查焊料层；若在边缘，检查DBC裂纹。13.2栅极振荡测试波形出现Vgs>±20V振荡，停机检查驱动环路电感，必要时加铁氧体磁珠。13.3量热计漂移用50W标准电阻校准，若偏差>1%，停用并送计量中心。14不确定度评定14.1数学模型RθJC=(Tj-Tc)/Ptot，灵敏系数cTj=1/Ptot，cTc=-1/Ptot，cP=-(Tj-Tc)/Ptot²。14.2不确定度来源来源分布标准不确定度u自由度νTj热电偶校准正态0.3℃50Tc热电偶漂移矩形0.5℃∞功率源精度矩形0.2%∞重复性t分布0.4%9合成标准不确定度uc=0.7%，扩展不确定度U95=1.4%（k=2）。15校准与期间核查15.1主设备每年外校一次，校准证书存档；每季度用内部10Ω标准分流器进行期间核查，偏差<0.5%。15.2热电偶比对冰点槽与标准铂电阻，偏差>0.1℃即更换。15.3红外热像仪用黑体炉200℃点检，发射率0.95，偏差>1℃即修正。16人员资质测试员须通过公司内部PE-Power认证，含理论笔试（>85分）与实操考核（RθJC重复性<1%）；每两年复训一次，记录学分。17附录17.1K-factor标定程序1)恒温箱设25℃、50℃、75℃、100℃、125℃；2)每点保温10min，测VCE(sat)@10mA；3)线性拟合K=ΔVCE/ΔT，R²>0.998；4)将K值写入测试软件，加密保存。17.2导热硅脂涂覆模板采用0.1mm不锈钢漏板，开孔率30%，刮刀硬度70ShoreA，一次成型