在可预见的将来，功率电子元件的运用将持续不断的添加。任何需求电力改换、转化或操控等功能都须运用各种形式的功率电子元件。如今功率电子元件已广泛运用于各种不同的职业（图1）。灰色圆圈所代表的是需求运用功率模组的职业，如轿车业（电动车、混合动力车、燃料电池车等其他轮式车）、可再生能源业（太阳能逆变器、风力发电机、太阳能电站、卫星太阳能面板）、铁路设备（引擎元件、牵引操控体系）及高阶马达驱动器。这些功率电子元件一般由多种绝缘闸双极性电晶体（IGBT）或金属氧化物半导体场效电晶体（MOSFET）组成。
图1 功率电子元件的运用。灰色圆圈标明须运用大功率模组的职业。在大功率电子职业中，电动轿车、混合动力轿车及其充电站对功率电子元件的需求都有显着添加。
功率元件牢靠性应战倍增
关于运用IGBT或功率MOSFET的用户而言，牢靠性是他们重视的首要议题。在这些职业中，产品的高牢靠性和长运用寿命特别重要。用户希望电动车在接连 15？20年内不呈现任何严重修理问题；而铁路工业则须持续运用至少30年或更久。关于经常差遣修理人员对离岸风力发电机进行修理显然是不可行的，卫星太阳能面板乃至须永久性的运用。
热失效是高牢靠性无法完成的主因。功率循环会使IGBT晶片端发生的热经过模组，并散发到周围环境中，其发生的应力及热会损坏模组。焊线或许因疲惫老化的原因此掉落或开裂，乃至进一步恶化导致彻底失效（图2）。模组的堆叠层，特别是晶片焊接处，会因热-结构应力的效果下而脱层并决裂。在彻底失效前，这些模组本可接受上万、乃至数以百万的功率循环次数。
图2 IGBT模组发生毛病的原因有很多种，包含焊线老化或掉落。
那么，咱们怎么确保这些模组在其运用领域中能持续运用多年，并耐受不计其数次功率循环呢？这不仅仅是功率电子模组供货商的职责，亦是相关工业供货商皆须战胜的难题，无论是初期零组件供货商，抑或是原始设备制造商（OEM）均义不容辞。若所出产的功率模组太早呈现损坏的状况，则OEM应该为此担负保固、产品召回、名誉受损等丢失。
功率模组的牢靠性测验并不是一项新的应战，但传统的模组测验进程十分绵长且具有不准确性和不确认性（图3）。一般牢靠性的测验会将IGBT模组装置于设备上，并供给规则的安培数进行功率循环的测验。元件在经过屡次功率循环测验（500次、1，000次、5，000 次等）之后，用户须将模组从设备上取下送往实验室进行查验，承认是否有无毛病。若没有毛病则持续重复该循环测验直至模组终究失效停止。此刻模组将被再次送往实验室进行检查，藉由X光、声测、目测或损坏性的解剖办法来确认毛病的原因。
图3 传统的IGBT模组牢靠性测验办法耗时、准确性低，无法在测验进程中即时调查到失效的发生，只能确认终究产品是否失效。
重复的功率循环测验和实验室查验十分耗时且无法在测验进程中即时调查到失效的发生，只能在终究确认元件是否失效。而若因多种不同原因所引起的失效，则或许无法确认其切当的原因。
新的牢靠性测验办法应运而生
咱们需求一种更有用、快速确认失效原因的测验办法。此办法要能在功率循环测验时量测模组中的电/热效应，并即时发现失效原因此不是依靠过后的确诊。为了满意以上的需求，唯有将功率循环和量测整合于同一设备中才干完成，运用户毋须将模组从功率循环测验设备上取出送往实验室进行失效剖析。明导（Mentor Graphics）新推出的MicReD Industrial Power Tester 1500A就能供给这样的测验环境。
图4是功率测验设备进行功率循环和即时量测/确诊的示意图。该测验设备利用MicRed T3Ster暂态热特性技能对元件进行量测（如晶片封装、LED和体系）。主要特征有：
图4 测验设备整合功率循环和即时量测的办法，可即时监控模组的失效并削减实验室的过后剖析。
．选用触控萤幕来操控、界说模组的特性和测验次序及办法
无论是专家、产品工程师或技能人员都能简略的学习和运用。软体能贮存相关的参数供重复运用，能用来测验多个产线上的样本或产品质量牢靠性。
．1500安培的电源可一起供给三个不同的模组进行测验，每个模组可独自运用的电流高达500安培。
电源切换的时刻仅需不到100微秒，这也是T3Ster设备在高准确性暂态热特性测验中所要求的速度。
．循环测验时，用户可自行界说时刻距离来量测、纪录模组的顺向电压改变，其最大取样速率高达每秒一百万个样本。
这些材料都将显现在触控萤幕上，并直接发生出结构函数。
．藉由结构函数可即时剖析模组各层结构，并发现任何因失效所或许发生的改变（晶片或黏接层脱离、决裂等）。
这些资讯都能帮忙确认失效发生的切当时刻和原因。
．安全盒会监测任何潜在的风险要素，如烟、冷却板液体走漏、设备过热等。
一旦侦测到这些要素，测验设备将立刻封闭一切的电源；但为保存测验材料，不断电供给体系（UPS）仍将持续为电脑供电，直至一切材料得到安全保存。
结构函数精密剖析重要性大增
结构函数的数学运算适当杂乱，但值得花时刻了解这相关的技能。图5是一个典型的模组堆叠层及其对应的结构函数示意图。在功率循环测验时，高功率（最大 1，500安培）会输入至元件来进行加热，待稳态后则敏捷封闭。按照JESD51-14规范，精密的（微伏）接点正向电压改变会被量测纪录下来，一起藉由杂乱的数学演算来树立出结构函数。
图5 典型的模组堆叠层及其对应的结构函数
功率电晶体接点所发生热会经过各堆叠层，终究分散到周围环境中，而结构函数显现出元件堆叠层的等效模型，一起亦标明热传导途径上的热阻和热容特性。沿着图中的黑色曲线可了解接点到周围环境中的整体热传途径，横轴部分代表堆叠层的热阻（如晶片焊点、基板焊点及导热膏），其结构较薄，无法贮存太多热量，但热阻较大。相反地，曲线中相对笔直的部分，则代表有较大热容的堆叠层（储热才能较高，一起也会发生一些热阻），如基板。
结构函数会记载元件在功率循环测验进程中的即时改变，当发现结构函数呈现改变时，如图6中所呈现的较长的热阻部分，这标明堆叠层中某一层（这儿指的是基板焊锡层）发生改变。典型的热阻显着添加或许是由于堆叠层脱层或决裂的联系，由于空气的热传导才能显着低于改变前固体的热传导才能。
图6 某层（灰线标示）热阻的添加或许预示着该层脱层或决裂。
图 7是个实践的比如。该测验中，每五千次的功率循环测验都会撷取一次结构函数。从测验开端到第一万五千次功率循环测验后，线1所呈现的线形基本上不变，标明元件无任何失效或毛病。在第二万次功率循环测验后（线6），咱们看到曲线有纤细的误差，这说明某层结构的热阻开端升高。在之后的二万五千、三万和三万五千次功率循环后，线型显现某层结构呈现显着劣化，终究导致元件失效。藉由结合功率循环与即时监控结构函数的办法，能够调查到失效的发生并确认失效的原因，毋须将元件从测验设备上取出，即能对测验成果进行剖析确诊。
图7 元件在功率循环测验三万五千次后显着失效
与传统测验办法比较，此测验体系具有显着的优势。传统办法需要反覆循环测验、拆开元件、实验室验证等进程，十分耗时且无法确认毛病原因。选用结合体系和结构函数的技能，用户可设置测验次序，并主动履行指令，将一开端正常的元件进行测验，直至产品失效，并能即时调查元件失效或毛病的原因。此外，此设备可供给较大的电流，供给多个元件一起测验，然后进步处理才能，满意产品样本或质量测验的需求。
脱节传统测验办法弊端 结合功率循环/量测体系势起
此测验设备可广泛运用于供给链中的各厂商，如功率电子模组供货商在模组的规划阶段可运用该测验设备。规划完成后的样本出产进程中，相同可运用功率测验设备来测验样本的牢靠性目标；若无法经过测验，则可对产品规划进行修正。此外，测验设备还能用来发出产品材料表上的牢靠度标准，在出产进程的产品抽验也能运用此设备。
初期元件供货商可运用功率测验设备，以验证功率电子供货商所供给的牢靠度标准，对原始规划进行测验。终究，高牢靠度产品的制造商可藉此设备，以进行终究的合格性测验，确保公司产品的高质量。
