如何通過實驗測試驗證整流二極管在極端環(huán)境下的可靠性？

為確保整流二極管在高溫、高濕、振動、沖擊等極端環(huán)境下的可靠性，需通過一系列標準化實驗測試進行驗證。以下結合國際測試標準與工程實踐，系統(tǒng)介紹測試方法及實施要點：

一、環(huán)境應力測試

1.高溫存儲測試（HTSL）

目的：評估高溫對材料老化的影響。

測試條件：

溫度：150℃（硅器件）或175℃（SiC器件）

時長：168–1000小時（不通電）

失效判據(jù)：

反向漏電流（IR）增長＞200%

正向壓降（VF）偏移＞10%

2.溫度循環(huán)測試（TC）

目的：驗證熱膨脹失配導致的疲勞失效。

測試條件：

范圍：-55℃?125℃（車規(guī)級）或-65℃?150℃（軍規(guī)級）

循環(huán)次數(shù)：500–1000次（每循環(huán)≤30分鐘）

失效判據(jù)：

焊點裂紋（X射線檢測）

熱阻（RθJA）增加＞15%

3.濕熱試驗（THB/H3TRB）

目的：檢測濕氣滲透引發(fā)的腐蝕與漏電。

測試條件：

85℃/85%RH+反向偏壓（如80%VRRM）

時長：500–1000小時

失效判據(jù)：

IR增長＞1個數(shù)量級

金屬遷移（SEM觀測）

二、電應力測試

1.浪涌沖擊測試

目的：模擬雷擊或開關浪涌的耐受能力。

測試條件：

波形：8/20μs（電壓浪涌）、10/1000μs（電流浪涌）

等級：工業(yè)級（1kV/1kA）、車規(guī)級（2kV/3kA）

失效判據(jù)：

擊穿電壓（VBR）偏移＞10%

硬失效（短路/開路）

2.高溫反向偏壓測試（HTRB）

目的：評估高溫高壓下的漏電穩(wěn)定性。

測試條件：

125℃+80%VRRM（如600V器件施加480V）

時長：168–500小時

失效判據(jù)：

IR＞5μA（硅器件）或＞1μA（SiC器件）

3.高溫工作壽命測試（HTOL）

目的：驗證長期通電下的性能退化。

測試條件：

125℃+額定電流（IF）

時長：1000小時（加速因子由阿倫尼烏斯模型計算）

失效判據(jù)：

VF漂移＞10%

熱失控（紅外熱像儀監(jiān)測局部熱點）

三、機械應力測試

1.隨機振動測試

目的：模擬運輸或車載環(huán)境的機械疲勞。

測試條件：

頻率：10–2000Hz

加速度：5–50Grms（車規(guī)級要求＞20Grms）

失效判據(jù)：

引腳斷裂（X射線或聲學掃描）

焊點脫落（染色滲透檢測）

2.機械沖擊測試

目的：驗證瞬時沖擊下的結構完整性。

測試條件：

半正弦波：5000G/0.5ms（軍規(guī)MIL-STD-883H）

三軸沖擊（X/Y/Z方向各3次）

失效判據(jù)：

封裝開裂（顯微鏡觀測）

鍵合線斷裂（FIB-TEM分析）

四、失效分析技術

電參數(shù)分析：

使用半導體參數(shù)分析儀（如Keysight B1500A）測量IR、VF、VBR漂移。

微觀結構檢測：

X射線斷層掃描（3D-CT）：定位內部裂紋、分層。

聚焦離子束（FIB）+TEM：觀察晶格缺陷、金屬遷移。

熱成像分析：

紅外熱像儀（如FLIR A655sc）捕捉熱分布不均或局部過熱點。

五、測試標準與評估體系

總結：測試設計要點

多應力耦合測試：

實際工況常為多應力疊加（如高溫+振動+電浪涌），需設計綜合測試（如HAST試驗箱同步施加85℃/85%RH+電應力）。

加速模型應用：

阿倫尼烏斯模型：通過提高溫度縮短測試周期（如125℃下1000小時≈25℃下10年）。

韋伯分布：預測批量器件的失效率（如Fit值）。

失效根因閉環(huán)：

測試→失效分析→設計改進（如SiC替代硅、陶瓷封裝替代塑封）→復測，形成可靠性提升閉環(huán)。