从基板到晶片，对於一个SiC功率元件来说只是完成一半的工作，剩下一半就是本文要分享的封装。好的封装才能把SiC的性能发挥出来，这次从AQG324这个测试标准的角度来看晶片和封装的开发与验证。
图一是SSDC模组的剖面示意图，图二是整个SSDC模组的结构图，从图一和图二可以发现这个用在主驱的功率模组还是比较复杂的，当中包含许多的零组件。如何保证这个SSDC功率模组能在汽车的应用环境下达到预期的工作寿命？
@内文相信很多的汽车主驱相关的工程师和广大行业从业人员都了解到，在汽车功率模组的开发过程中，由欧洲电力电子中心（European Center for Power Electronics）主导的测试标准AQG324非常重要，AQG324代表一个基於最隹实践和卓越需求的行业指南。它是汽车功率模组的一个基本标准，亦即是个门槛，只有完成了根据它的测试规范设计的测试计画，才能得到广大的车厂认可。所以满足AQG324只是一个基本的要求。由於它是一个行业标准不是强制性的，最终的决定权取决於最终的用户。
安森美所有的汽车级SiC功率模组都是通过AQG324的测试规范，新研发的SiC功率模组则完全满足最新的AQG324规范。AQG324目前最新版本是发布於31.05.2021，这个版本新增一些针对SiC的内容，这一部分附加的部分针对SiC等三代半半导体，先前的测试规范则是针对矽基半导体。所以当前的绝大多数做车规功率模组的厂家也都需要研究这个测试规范。
为了方便理解封装的测试开发，使用图三的专案开发表为例，有助於理解整个模组的开发流程。
我们会发现在专案开始之後会做不同的DOE，还有不同的前期的验证测试计画，最後才开始正式的AQG324，实际的专案会远比这个复杂，此处仅是一个简单的示意图。为什麽需要这些流程？AQG324都有哪些内容？
其实所有的前期验证测试都是基於AQG324的测试标准针对特定的一些专案展开的，当这些专案都满足要求之後，才会正式的开始制作B样，并进行完整的AQG324测试，样品通过测试之後能够得到C样，然後开始准备量产相关工作。
AQG324的测试专案与具体的测试条件和开发的模组等有关系，包括Si测试项。以下把AQG324大致展开来观察一下，它都测试哪些内容，以及背後的逻辑。图四是AQG324的架构，从这个AQG324的架构可以看出它背後的逻辑。
首先特性测试确保叁加测试的模组的基本特性，建立一个特性叁数的标准，用来和後面的一些寿命相关测试比对，作为失效的判断标准。环境测试则侧重於一些机械特性相关的测试；寿命测试则从各方面考核模组封装以及晶片的可靠性，并且通过功率??圈测试结合汽车厂商的任务轮廓（mission profile）可以计算出功率模组的寿命。此为AQG324的目的之一，通过一系列的测试来推算出功率模组的使用寿命。
图五是平面结构的SiC结构示意图以及SiC功率模组的结构示意图。从图五(a)可以看到晶片也是一层一层堆叠起来的，一般MOS的晶片差不多在15-20层之间。AQG324的寿命测试??的HTGB，HTRB以及H3TRB和HTSL/LTS等主要是对SiC的晶片各层进行测试，而功率??圈则是向前文所展开的那样，对晶片和下面的陶瓷基板及散热基板的连接部分进行测试。
其实测试只是最後的验证考核的手段之一，整个专案从一开始，就要针对这些测试可能会照成的失效进行特定的设计。所以从晶片的研发、生产工艺以及模组的研发和制程都要针对AGQ324规划，也就是我们常说的品质设计（design for Quality）。
图六是矽基功率模组和WBG功率模组差异部分，它们的差异主要是集中在寿命测试相关的专案。
接下来，将从功率??圈、高温反偏、高低温反偏等各方面来探讨，看看在AQG324测试中对SiC功率模组的哪些方面进行测试，还有哪些方面的挑战?
功率??圈测试（Power Cycling ）
功率??圈测试有两个条件，一个是分钟级别的，另一个是秒级的，而从温度曲线变化可以看出它们的差异。
1.在秒级的功率??圈??，由於Ton和Toff的时间比较短，晶片的节温会上升比较快，但是Tc也就是外壳的温度上升比较缓慢，这样的冲击其实对於和晶片接触的地方相对来说会集中一些，亦即主要侧重於测试晶片bonding和晶片与下面基板焊接的可靠性。
2.在分钟级别的功率??圈??，由於开关周期比较长，所以Tc的变化会比较大，同时温度也是以Tc为准，如此对於基板和下面的散热器的焊接处的冲击相对会大一些，所以可以理解为它侧重於测试基板和下面的散热器的焊接性能。
这两个功率??圈的测试，对於Si和SiC来说是相似的，但是由於SiC可以承受更高的工作温度，现在有不少的厂家在针对SiC的功率??圈测试条件??，加入Tvjmax=200度。安森美新的SiC功率模组也都做了一些针对性的测试。
由於SiC晶片和IGBT晶片相比面积要小,所以热阻也要大，在此对於SiC晶片的互联技术就提出了一定的挑战，包含SiC的源极互连，传统的bonding线，它们的功率??圈的次数和相同条件下的比如clip的焊接等方法相比略差一筹。
功率??圈还有一个作用，就是可以暴露生产工艺中的一些致命缺陷，由於整个晶片是由成千上万个基础的开关单元构成的，这些单元中任一个单元如果有一些致命的缺陷，那麽在功率??圈中会加速它们的老化然後导致失效，从而导致整个功率??圈次数降低。
图七是节选自AQG324的一些典型的功率??圈失效模式。从图中可以清晰的看到秒级功率??圈导致的bonding线脱落，晶片的金属层退化导致焊接品质下降，分钟级的功率??圈导致的DBC裂痕等失效现象。
高温闸极偏压测试（High-temperature gate bias；HTGB）
由於SiC的Vgs在偏压的条件下，会随着时间的累加而漂移，因此HTGB可以模拟加速条件下的工作状态，用於晶片的可靠性验证和门极的可靠性监测；并且可以发现由於生产过程中导致的一些材料污染。对於Si和SiC元件和模组来说，HTGB都是强制要求的。
Dynamic gate stress（DGS）
室温下的DGS测试对於SiC功率模组来说是必须的，现在这个测试的条件尚未有定论。这个测试不仅仅涉及到晶片也涉及到模组，因为现在的SiC功率模组大多数都有多个SiC的晶片来并联达到大电流的输出能力，那麽模组的layout也会影响到晶片的Vgs,这也是为什麽针对SiC功率模组必须要考虑DGS测试。如果设计的不好，在动态条件下SiC的Vgs会飘移，同时也会导致Rdson增加，进而导致效率降低。
在图八可以看懂不同的失效模式，这些都可以通过HTGB和DGS测试发现。
High-temperature reverse bias（HTRB）
可以很好的检测出来晶片的钝化层结构，或者是晶片终端结构的缺陷，同时也可以通过这个测试发现生产中或封装材料??有害的一些离子污染，而由於功率模组的不同材料之间的温度膨胀系数，也会导致晶片的钝化层完整性遭受到破坏，这个测试对於Si或者SiC来说相似，但是对於SiC的模组来说动态的反偏测试则是强烈建议的。
Dynamic reverse bias（DRB）
DRB对於IGBT是不做要求的，需要注意的一点是对於DRB，如果在AECQ101没有做过这个测试，那麽在SiC的功率模组必须要做。这个测试的目的是通过高dv/dt对内部钝化层结构进行充放电，进而使晶片加速老化。
High-humidity, high-temperature reverse bias（H3TRB）
这个测试为了验证整个模组结构中的薄弱环节，包括功率半导体本身。大多数模组设计很难做到完全密封，半导体晶片和接合线嵌入可渗透湿气的矽胶中，这使得湿气随着时间的推移也到达钝化层。晶片钝化层结构或钝化拓扑结构中的弱点，以及晶片边缘密封中的弱点，在湿度的影响下受到负载的不同影响，污染物也可以通过湿气传输转移到关键区域，从而导致失效。
对於 H3TRB是Si和SiC差别比较大的地方。针对SiC的H3TRB的测试条件和针对Si的IGBT条件差别，就是加在元件上的电压不一样。Si的要求是强制要求80V，而SiC则是必须80%的VDSmax。
图九可以看到在H3TRB测试中由於元件的设计或者模组封装原因导致的一些失效，也说明这个测试是比较有效的，可以发现edge terminal设计、封装、钝化层等方面的缺陷。
dyn.H3TRB
这个测试专门针对SiC功率模组，该测试是SiC模组技术的附加通用晶片可靠性测试。这个测试专案未定。由於SiC的dv/dt比IGBT等Si元件要高很多，所以针对这个高dv/dt条件下，晶片和模组的薄弱环节是否能被检测出来？这个标准正在探索中，而安森美最新的SiC功率模组会进行相关的测试。
从前文我们可以发现针对SiC功率模组的测试标准还没有定论，而还有一些专案没有完全确定，原因是SiC的应用和元件还在发展中。经过分析，我们了解到AQG324测试标准从各方面测试SiC功率模组的性能，其中涉及到晶片和封装等，它是一个比较全面的测试。但是一个功率模组通过AQG324的测试，仅仅代表整个功率模组的工艺等通过基本的测试和验证。整个模组的可靠性是通过晶片研发、晶片工艺、模组研发、模组工艺、封装和测试等一个完整体系的保证，并不是简单的某一个步骤所能保证的。
（本文作者Bryan Lu为安森美主驱功率模组产品线经理）
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