偏压与湿热可靠性测试:HTRB、HTGB 和湿气应力

偏压或湿热试验的目的,是在受控条件下暴露特定失效机理。HTRB、HTGB、HTOL、THB、H3TRB 和 HAST 只是试验家族名称,不自动规定电压、温度、持续时间或判据。

1. 应力必须对应物理问题

  • HTRB:高温阻断,观察终端结构、阻断与漏电稳定性;
  • HTGB:高温栅极偏压,研究栅结构泄漏和参数漂移;
  • HTOL:在定义的工作电路中高温运行;
  • THB/H3TRB:温湿度与偏压共同作用下的表面导电、腐蚀和绝缘退化;
  • HAST/uHAST:升温、增湿、加压的加速湿气暴露,有偏压与无偏压版本。

器件结构决定适用应力;MOS 栅、GaN 栅与 cascode 内部器件不能共用同一限值。

2. 电气与热边界

画出全部端子连接,记录样本端实际电压、极性、升压序列、限流、偏压中断和累计应力时间。简单介质近似为

\[E_{ox}\approx\frac{V_{ox}}{t_{ox}}, \tag{1}\]

但端口栅压不等于氧化层电压,不能据此从额定值反推内部场强。阻断漏电发热为

\[P_{leak}=V_{block}I_{leak}. \tag{2}\]

600 V、100 µA 为 60 mW,升到 1 mA 即 0.6 W;温度相关漏电可能形成正反馈,因此要同时记录样本温度与端子电压。

3. 控制样本处湿气

相对湿度随温度变化,自热封装表面不一定等于箱体传感器。记录传感器位置、装载、气流、浸润与达到目标条件的时刻;凝露是与湿空气不同的物理状态。夹具污染和离子残留可能主导低漏电结果,应做空夹具与参考样本检查。

应力条件与测量条件不同;必须记录切换过程,避免把恢复误认为没有退化。 Open full size

4. 基线与读出

应力前记录阈值、栅漏、阻断漏电和导通参数。按计划在明确温度与应力移除延时下读出,再经受控恢复后重复,以区分可恢复陷阱效应和永久变化:

\[\delta_x(t)=\frac{x(t)-x(0)}{x(0)}. \tag{3}\]

近零漏电基线更适合报告绝对变化或带检测限的比值。

测得电流包含

\[I_{meas}=I_{DUT}+I_{fixture}+I_{offset}. \tag{4}\]

三项都可能随温湿度和时间变化,单次室温空白不能校正整个试验。漏电升高也不能独立定位为栅氧、终端或表面污染,需配合检查与失效分析。

5. 分开报告暴露与失效证据

预先定义读出条件、确认规则和失效判据;分别报告永久失效、可恢复漂移、夹具中断和删失样本。通过结果只覆盖该程序和总体;现场寿命还需要同一机理下验证的加速模型与服务暴露模型,不能任意相乘温度、湿度和电场加速因子。

← 返回博客