《电网用IGBT器件高温反偏试验方法》

ICS31.080.01;

L40

T/CEC

中国电力企业联合会标准

T/CEC3003—2019

电网用IGBT器件高温反偏试验（HTRB）

方法

MethodofHighTemperatureReverseBias(HTRB)TestonIGBTDevicesUsed

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征求意见稿

2020-XX-XX发布2020-XX-XX实施

中国电力企业联合会发布

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II

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电网用IGBT器件高温反偏试验（HTRB）方法

1范围

本标准规定了电学偏置、温度和压力随时间的变化对IGBT器件影响。它以加速的方式模拟器件的运

行状态，主要用于器件的性能检测和可靠性评估。

本标准适用于1200V/300A及以上大功率IGBT器件，IEGT、BIGT等器件也可参照此标准。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T29332半导体器件-分立器件-第9部分:绝缘栅双极晶体管(IGBTs)

IEC60747-9半导体器件-分立器件-第9部分:绝缘栅双极晶体管(IGBTs)(Semiconductordevices

–Part9:Discretedevices–Insulated-gatebipolartransistors(IGBTs))

IEC60749-23半导体器件机械和气候试验方法第23部分：高温寿命周期(Semiconductordevices-

Mechanicalandclimatictestmethods-Part23:Hightemperatureoperatinglife)

JESD22-A108F温度，偏置和运行寿命（Temperature,Bias,andOperating）

3术语和定义

GB/T29332界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1IGBT的图形符号

本标准采用如下符号：

a)IGBTb)逆阻型IGBTc)逆导型IGBT

图1图形符号

注：本标准仅适用N沟道IGBT的图形符号，本标准也适用于P沟道器件，但必须使极性适宜。

3.2一般术语

3.2.1

逆阻型IGBTreverse-blockingIGBT；RB-IGBT

在集电极-发射极承受反向电压时，具有反向阻断状态的单器件结构的IGBT。

3.2.2

逆导型IGBTreverse-conductingIGBT；RC-IGBT

在集电极-发射极承受反向电压时，与正向通态电压相当的电压下传导大电流的单器件结构的IGBT。

3.2.3

压接型IGBTpresspackIGBT

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需要通过施加外部压力才能够正常工作的IGBT器件。器件内部可包括IGBT和FRD两种芯片，也

可仅有IGBT一种芯片。

3.2.4

机械压力claimpingforce

IGBT器件内部各组件直接堆叠在一起，通过外部压力使得各组件间保持良好的机械与电气接触，这

种外部压力称为机械压力。

3.2.5

最高结温maximumjunctiontemperature

器件的最高结温，超过了这个温度可能会发生损坏（潜在的或者其他的）。

3.2.6

最大额定电压maximumratedvoltage

可施加到器件上的最大电压，超过了可能会发生损坏（潜在的或者其他的）。

3.2.7

产品批次productbatch

基于同一批次芯片，封装并检验合格的IGBT产品为同一产品批次。

4符号和缩略语

下列符号和缩略语适用于本标准。

4.1符号

名称文字符号

4.1.1电压

集电极-发射极电压VCE

栅极-发射极短路时，集电极-发射极电压VCES

栅极-发射极电压VGE

集电极-发射极短路时，栅极-发射极电压VGES

栅极-发射极饱和电压VCEsat

栅极-发射极阈值电压VGE(th)

最大额定电压VCESmax

逆导型IGBT反向电压VRC(RC-IGBT)

4.1.2电流

集电极电流IC

栅极-发射极短路时，集电极截止电流ICES

栅极电流IG

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集电极-发射极短路时，栅极漏电流IGES

逆阻型IGBT反向电流IR(RB-IGBT)

4.1.3温度

环境温度Ta

芯片结温Tvj

管壳温度Tc

最大结温Tvjmax

4.1.4其他物理量

通态耗散功率Pcond

通态能量Econd

阻态耗散功率Prev

总耗散功率Ptot

结-壳热阻Rth(j-c)

结-壳瞬态热阻抗Zth(j-c)

4.2缩略语

IGBT：绝缘栅双极晶体管（Insulated-gatebipolartransistor）

HTRB：高温反偏试验（Hightemperaturereversebias）

5试验电路

a)IGBTb)逆阻型IGBTc)逆导型IGBT

图2高温反偏试验电路

注：规定保护电阻阻值，其分压值不大于10%VCC。

6设备要求

6.1基本功能要求

a）应满足试验所需的温度、偏置电压和压力（适用时），并至少保持2000小时不间断。

b）试验过程中，试验温度、IGBT器件的Vce和Ices均可实时在线监测，并记录全过程试验曲线。

c）应限制测试支路的功耗，以便在被测器件发生故障时，不会对故障器件和其他器件施加过大的

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功率。

d）具备上述功能要求的试验系统也可认定为满足设备要求。

6.2器件安装

被测器件在试验箱内的摆放位置，应使其所处的环境完全满足规定的温度、电学偏置和压力（适用

时）要求，并尽可能不影响腔体内的空气流动，从而使得箱体内的温度保持均匀。

6.3加热方式

高温反偏试验的加热方式可采用烘箱式和加热板式。

6.3.1烘箱式

烘箱式是通过热风循环加热使烘箱内部的温度达到均匀，腔体内的空气对流将器件的温度升至试验

温度。

6.3.2加热板式

加热板式是通过温度可控的导热板传热方式，将器件的温度升至试验温度。

6.4电源要求

a）用于设置、监控电源和信号源的仪器应经过计量，并具有良好的长期稳定性。

b）直流电源的最高输出电压不低于被测器件额定电压的80%。直流电源输出电压最大允许偏差±

2%，分辨率应满足±0.1V。

c）漏电流采集分辨率需应满足表1要求。

表1漏电流采集分辨率要求

漏电流范围分辨率

0≤Ices＜1mA±100nA

1mA≤Ices＜10mA±1uA

10mA≤Ices＜100mA±10uA

Ices≥100mA±100uA

6.5温度能力

a）试验温度控制范围应满足：室温~175℃；

b）试验温度控制精度应满足：≤1℃；

c）试验温度均匀度应满足：≤±1℃；

d）升温速度应不小于100℃/小时。

6.6设备散热能力

6.6.1烘箱式设备散热能力

设备的散热能力要大于器件在试验时产生的最大功率。

设备最大散热能力（Pequitment）≥阻态耗散功率（Prev）*被测器件数量(n)

6.6.2加热板式设备散热能力

单套热板的散热能力要大于器件在试验时产生的最大功率。

热板最大散热能力（Pequitment）≥阻态耗散功率（Prev）

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7试验条件

7.1样本

同批次不少于5只样品。

7.2试验温度

若在规定的偏置条件下，试验温度优先采用最高结温（Tvj(max)）—阻态耗散功率（Prev）×结壳热

阻（Rth(j-c)）。

7.3偏置电压

a)器件最大额定电压VCESmax≤2000V时，VCE优先采用VCESmax；

b)器件最大额定电压VCESmax＞2000V时，VCE优先采用80%VCESmax。

7.4应力时长：

应力时长是指被测样品在7.2和7.3规定条件下的试验时间。偏置应力时长应不少于1000小时。

图3应力时长示意图

8测试步骤

8.1初测

试验样品在进行高温反偏试验前，先进行外观检查，并按照器件数据手册规定条件对器件的常温和

高温静态参数进行测试。

8.2安装

按照器件数据手册推荐的压力或扭矩，将器件安装在散热器上，并按照第5条试验电路进行电气连

接。

8.3偏置

施加偏置电压时，被测器件栅极和发射极之间应可靠短路，偏置电压施加的位置为集电极与发射极

之间。

8.4升温

应在3h内将试验温度从室温升高到所需的试验温度。

注：需保证试验温度下，压接型器件的机械压力不超过器件手册规定的最大压力值。

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8.5监测

试验过程中，应连续监测全部被测器件的漏电流，采样间隔不超过10分钟。

8.6降温

应在3h内将试验温度降低至55℃或者更低温度（可由客户与器件厂商协商），再去除偏置电压；待

温度降至室温时，才可以去除被测器件的安装应力。其他要求，参照IEC60749-23第5节。

8.7复测

8.7.1中间电测试

为了及时发现器件异常，试验过程中，可进行一次或多次中间电测试，测试内容应与初始检测时一

致。试验过程中的中间电测试应在被测器件从试验设备中取出并恢复室温后尽快进行，如无特殊约定，

样品应在24小时内完成电测试并重新恢复试验。

8.7.2最终电测试

试验结束后所有样品应进行最终电测试，测试内容应与初始检测时一致。最终电测试应在被测样品

从试验设备中取出并恢复室温后尽快进行，如无特殊约定，样品应在72h内完成最终电测试。

9接收判据

上述试验后，在常温和高温下复测器件的静态参数，若参数复测值超出表2规定的接收范围，则认

为该器件未通过高温反偏试验考核。特定的接收判定标准应当能在相应的文档或者器件手册中查询。

表2接收判定特性

特性接收判据

ICESICES＜USLandICES＜2IMV

IGESIGES＜USL

IR（RB-IGBT）IR＜USLandIR＜2IMV

VCesat＜1.2IMV

VCEsat

and＜USL

VGE(th)0.8IMV＜VGE(th)＜1.2IMVand＜USL

VFVF＜1.2IMVand＜USL

VRC＜1.2IMV

VRC—（RC-IGBT）

and＜USL

注：USL——规范上限值；LSL——规范下限值;IMV-高温反偏试验前初测值

10试验时间认定

高温反偏试验时间需按照7.4规定的应力时长，若试验期间因停电或者中间电参数测试等原因，造

成试验中断情况时，则应按照表3中规定的补时原则，在完成规定试验时间的基础上进行补时。试验结

束后，未在规定的时间内进行最终电测试时，则应按照表4中规定的补时原则进行补时试验。

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表3应力时长内的中断试验补时规定

超出规定时间间隔的

24＜T168>168但336>336但504其他

小时数（h）

每超过规定时间间隔

进行电气测试前