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1、ICS31.080.01CCS1.40GB中华人民共和国国家标准GB/T4937.342024/IEC60749-34：2010半导体器件机械和气候试验方法第34部分:功率循环Semiconductordevices-Mechanicalandclimatictestmethods-Part34：Powercycling(IEC60749-34：2010.IDT)2024-07-01实施2024-03-15发布国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会本文件按照GB/T1.12020标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草.本文件是GB/T4937半导体器件机械和气候试脸方法
2、的第34部分.G8/T4937已经发布了以下部分：一第1部分:总则；一第2部分:低气压；一第3部分:外部目检；一第4部分：闻加速稳态湿热试场(HAST);一第11部分：快速温度变化双液槽法；一第12部分:扫场策动；一第13部分：盐雾；一第14部分：引出端强度(引线牢固性)；一第15部分通孔安装器件的耐焊接热；一第17部分：中子物照；一第18部分：电漏951射(总剂量)；一第19部分:芯片剪切强度，一第20部分：型封表面安装器件耐潮湿和焊接热综合影响；一第20-1部分：对潮湿和焊接热综合影响敬成的表面安装器件的操作、包装、标志和运给；一第21部分：可焊性；一第22部分:键合强度；一第23部分:高
3、遢工作寿命；一第26部分：峥电放电(ESD)敏然度测试人体模型(HBM);一第27部分：静电放电(ESD)敏感度测试机器模型(MM);一第30部分：非密封去面安袋器件在可靠性试验前的预处理；一第31部分：壁封器件的易燃性(内部引起的)；一第32部分：型封器件的易燃性(外部引起的)；一第34部分:功率循环；一第35部分:壁封电子元器件的声学显俄谶楼直；一第42部分:温湿度此存.本文件等同采用IEC60749-34:2010半导体器件机械和气候试脸方法第34部分：功率比环.清注意本文件的某些内容可锢涉及专利.本文件的发布机构不承殂识别专利的责任.本文件由中华人民共和国工业和信息化部跟出井归口.本文
4、件起草单位：中国电子科技集团公司第十三研究所.本文件主要起草人:张艳杰、崔万国.装选.半导体施件是电子行业产业链中的通用基础产品，为电子系疣中的E基本单元,GB/T4937半导体器件机械和气候试验方法是半导体器件进行试验的基毗性和通用性标准，对于评价和考核半导体器件的质量和可病住起着亚要作用，拟由44个部分施成.一第1部分:总则.目的在于规定半导体器件机械和气候试验方法的通用准则.-第2部分:低气压.目的在于测定元器件和材料避免电击穿失效的能力.一第3部分:外部目松.目的在于检测半导体器件的材料.设计、结构、标志和工艺质员是否符合采购文件的要求.一第4部分：闻加速稳态湿热试场（HAST）.目的
5、在于规定强加速稳态湿热试版（HAST）,以检测非气密封装半导体器件在潮湿环境下的可靠性.一第5部分：将态遢湿度偏黄寿命试毂.目的在于规定精态温湿度偏解寿命试验,以检测非气变封装半导体器件在潮湿环境下的可靠住.一第6部分：高遢贮存.目的在于在不施加电应力条件下,检测高温此存对半导体那件的影响.一第7部分：内部水汽测量和其他残余气体分析.目的在于检测封装过程的质量，并提供有关气体在管壳内的长期化学稳定性的信息.一第8部分:电封.目的在于检测半导体器件的温率.一第9部分：标志耐久性.目的在于检消半导体器件上的标志耐久性.一第10部分:机械冲击.目的在于检测半导体总件和印制板组件承受中等严酷程度冲击的
6、适应能力.一第11部分：快速溟度变化双液槽法.目的在于规定半导体器件的快速温度变化（双液槽法）的试验程序.失效判据等内容.一第12部分:扫频振动.目的在于洽测在规定频率范围内，辗动对半导体器件的影响.一第13部分：盐雾.目的在于检测半导体器件而腐蚀的能力.一第14部分：引出端强度（引线牢固性）.目的在于检测半导体器件引线/封装界面和引线的军固性.一第15部分：通孔安装器件的耐焊接热.目的在于检测通孔安装的固强封装半导体粉件承受波峰厚或烙铁悻接引线产生的热应力的能力.一第16部分：珀子磁握唉声捺测（PlND）,目的在于规定空脱器件内存在自由珀子的捺测方法.一第17部分：中子辎照.目的在于检测半导
7、体器件在中子环境中性能退化的敬感性.一第18部分：电离辐射（总剂量）.目的在于规定评估低剂量率电溜幅射对半导体器件作用的加速退火试验方法.一第19部分：芯片剪切强度.目的在于确定半导体芯片安装在管座或基板上所使用的材料和工艺步嫖的完整住.一第20部分：蜜封表面安装器件耐潮湿和焊接热综合影晌.目的在于通过模拟此存在仓库或干燥包装环境中空封表面安装半导体器件吸收的潮气，进而对其进行耐焊接热性能的评价.一第201部分：对潮湿和焊接热综合影响敏燎的表面安装器件的操作、包装、标志和运输，目的在于规定对潮湿和焊接热综合影晌敏感的壁封表面安装半导体器件操作、包装.运输和使用的方法.一第21部分：可烽性.目的
8、在于规定采用船锡爆料或无铅焊料进行焊接的元器件封装引出的可焊性试眼程序.一第22部分:健合强度.目的在于检洲半导体器件批合强度.一第23部分：高温工作寿命.目的在于规定随时间的推移，偏置条件和温度对固态翳件影响的试览方法.一第24部分：加速耐湿无偏置强加速应力试验.目的在于检测非气密封装固卷器件在潮湿环境下的可靠性.一第25部分：温度循环.目的在于捺测半导体器件、元件及电路板姐件承受由极限高温和极限低温交变作用引发机械应力的能力.一第26部分：静电放电(ESD)敏感度测试人体模型(HBM).目的在于建立一种能够复现HBM失效的测试方法，以提供可靠.可亚复的HBMESD测试结果.一第27部分：除
9、电放电(ESD)敏感度测试矶器模型(MM).目的在于建立一种能够且现MM失效的测试方法，以提供可端、可重复的MMES，H试结果.一第28郃分：静电放电(ESD)被感度测试带电器件模型(CDM)器件级.目的在于建立一种能第复现CDM失效的测试方法，以提供可算、可至复的CDMESD测试结果.一第29部分；闩锁试舱.目的在于建立一种判断集成电路闩锁椅住的方法和规定闩锁的失效判据.一第30部分：非宓封表面安装器件在可靠性试沧前的预处理.目的在于规定非密封表面安装器件在可靠性试验前预处理的标准程序.一第31部分：变封器件的易燃性(内郃引起的).目的在于检测JB封那件是否由于过负荷引起内部发热而燃烧.一第
10、32部分：型封器件的易爆性(外部引起的),目的在于检测壁封器件是否由于外部发热造成燃烧.一第33部分:加速耐湿无偏置高压蒸煮.目的在于确认半导体器件封袋内部失效机理.一第34部分：功率循环.目的在于通过对半导体器件内部芯片和连接那施加循环功率损耗来检测半导体器件市热和机械应力的力,一第35部分：壁封电子元器件的声学显效确旅有.目的在于规定声学显微磁对里封电子元器件进行缺陷(分层、裂纹、空洞等)抽测的方法.-第36部分：稳态加速度.目的在于规定空腔半导体器件鬼态加速度的试验方法，以检测其结构和机械类型的缺陷.一第37部分：采用加速度计的板级跌落试验方法.目的在于规定采用加速度计的板级趺落试豌方法
11、，对表面安装翳件跌落试始可函复检测，同时红现产品级试验期间常见的失效模式.一第38部分：带存储的半导体器件的软错误试较方法.目的在于规定带存储的半导体粉件工作在高能西子环境下(如阿尔法辐射)的软错误敏感性的试验方法.一第39部分：半导体器件用有机材料的潮气犷散率和水溶耨度测量.目的在于规定应用于半导体器件封装用有机材料的潮气扩散率和水溶解度的测量方法.一第40部分：采用应变仪的板圾跌落试验方法.目的在于规定采用应变仪的板级联落试验方法，对表面安装器件跌落试验可亚复检测，同时复现产品级试验期间学见的失效模式.一第41部分：非易失性存储器可靠性试验方法.目的在于规定非易失性存储器有效耐久性.数据保
12、持和温度循环试骐的要求.一第42部分：温湿度贮存.目的在于规定评价半导体器件耐扃温高湿环境能力的试验方法.一第44部分：半导体器件的中子轴照中粒子效应（SEE）试验方法.目的在于规定高密度集成电路单粒子效应（SEE）的试验方法.GBT4937（所有部分）均为一一对应采用IEC60749（所有部分），以保证半导体器件试脆方法与国际标准一致，实现半导体器件检验方法、可靠性评价、质量水平与国际接轨.通过制定该标准,确定统一的试验方法及应力，同时完拽了半导体器件标减体系.半导体器件机械和气候试验方法第34部分:功率循环1必图本文件描述了一种确定半导体器件对热应力和机械应力耐受能力的方法，通过对器件内部
13、芯片和连接结构施加循环耗散功率来实现,试版时，周期性施加和移除正向偏债(负载电流)，使其温度快速变化.本试验是模拟电力电子的典型应用，也是对高温工作寿命(见EC6O74923)的补充.其失效机埋可能不同于空气对空气温度循环试脸及双液槽法快速湿变试筠.本试脸会导致损伤，是破坏性试蛇.注：本方法不施作为依利模型对工作右命进行评估.2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款.其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；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/T4023-2015半导体器件分立器件和集成电路第2部分：器流二极
14、管QEC60747-2：2000,IDT)G8/T152912015半导体器件第6部分：品闸管(IEC60747-6:2000,1DT)IEC60747-1：2006半导体既件第1郃分：总则(SemieOndUCtOrdeViCeS-PaHlGeneraI)IEC60749-3半导体器件机械和气候试验方法第3部分：外部目检(SemiCOndUaOrdeVicesMechanicalandClimatictestsmethods-PartsiExternalvisuaIexamination)a：GB/T4937.32012半导体器件机械和G幄试验方法第3郃分：外部目检。EC60749-3：20
15、02JDT)3术语和定义下列术语和定义适用于本文件.注：与半导体器件相关的更多的木治和定义谪卷见IEC60747(所有部分)和IEC60748(所有部分).3.1负我电流loadcurrent使器件产生功率预耗P的电流.3.2克湿casetemperatureT1被测器件底部站近热沉处的温度.3.3热沉温度sinktemperatureT,紧挨被测器件处测得的热沉的温度.3.4焙温变化量junctiontemperatureexcursionT,1一个功率循环周期内被测器件最大结温和最小结温的差值.3.5充温变化量casetemperatureexcursionTt一个功率循环周期内最大壳温和
16、最小壳温的差值.3.6号通时间on-time对器件施加负裁电流的时间间隔.3.7功率损耗overlossP被测器件的功率损耗,根据导通时间内电流淤形和采购文件中特性数据计算得到.3.8关新时间off-time冷却时间间隔.3.9循环周期cycleperiod导通时间和关断时间之和.4试验袋置本试/所用装置应包括成蛆或单个被测器件的热沉，该热沉用来耗散正向导通损耗产生的热量及控制导通关断时间.散热方式可选择自然冷却、强制风冷和液冷.根据器件壳混、芯片结遢变化量和导通-关断时间，确定散热方式的设置及参数.应使用插座或其他的安装方式来提供可靠的电连接装21,避免过多的热传导至器件引出说.在整个试验过
17、程中，电源应不受外界电压和环境温度的影响，均能保持规定的试验条件.试验电路中应促供控制负载电流导通-关断的开关，并目独立于任何被测器件的（糊）控制功能.通过监控热沉温度T,或壳遍来控制导遢-关断时间（循环周期）.另外,适用时,也可由固定的时间装置来控制循环周期.试验电路应被设计为：当某个器件出现异常或失效时不会改变其他器件设定的试验条件（例如，用新器件苕换有缺陷的器件）.避免由策态电压豚冲或其他条件导致的电、热或机械过应力.5程序当需要特殊的安装方式或散热方式时，应在采肉文件中对这些细节做出说明.负我电流和波形的选用应接近被测器件的实际应用，建议如下所示.整流器件如二极符或可控硅（SCR）通常
18、用作战性转换，应连接到50H或60HZ的交流电源上；整流桥器件应按如下操作，即交流电压连接到交流输入端，输出疏通过并联电型来监控负我电流.金同氧化物半导体（MOS）控制器件金履氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）或绝缘棚双极晶体管(IGBT)应遥接到直流电源上.条功能模块可按照内部电路单独逐个进行试蛉.在整个试蛉期间，棚控制醺件如SCR、IGBT和MoSFET应通过合适的棚极控制使其保持在持续的正向导通状态.施加功率并检直,以确保所有器件都正常信It.除另有规定外,在试版期间,他加在器件上的功率应按表1中的条件进行交替结环.器杵应在极限温度间按照规定循环次数迸行防环试验.除了中间电测试从试
19、脆装置中移除器件外，功率循环试验应持续迸行.如果因为设乾、电源或仪掳故破导致试脸中断，应从中断时间奥斯开始试劲.6试验条件应从表1中选择试验条件.所有被现器件采用的导通与关断时间的关系应是相同的,如果其他器件的负载和散热条件触够很好的控制，只需监控一只被测器件中心底部的T,3Tt.所有器件的结温T,、结温变化*AT”和壳温变化量上都应保持在去1中规定的范围内.在新的周期开始之前，应调卷关断时间使器件的结温强近亮温TK,如图1所示.应根据采购文件中给出的热阻和被测器件的功率报班P计Ii结温(和壳ISTJ若适用)，计管时应考虑负载电流的波形.循环次数M应选择下列值的整数倍：-100Ooo次试场条件
20、1.-1OOO次试脸条件2和试脸条件3.由于循环次数取决于实际应用，所以没有规定NC的最小值；在奉引应用中，按照试版条件1循环次数Nc可镶达到数百万次.表1试总条件送聆条件温度极值TTvjVeC结环周期K)七失效模式示例Ia30445,挣125%IS至15s6015Ib45,4三150?,80152502045。逢125?,755对软B料和引线36012045至150?1min至15min9515S合无度敬意T,可能3E常小，因为在较短的0环周阴内，器件通常裂间工作.在产SS的功率第坏条件下，在引线城合界面薄的芯片金黑化层中的高电沆密度会产生电迁移.图1典型负孜功率P和温度循环试脸条件27饺防
21、措施负我电流和总功率损疑不应超过每个器件规定的最大值.设计试验电路时，确保器件不应超过克阻或结阻的领定值.应采取预防措施避免电击损伤和热失控.试蛉开始和试妗结束时应监测试脸设备，保证所有器件是按照规定的条件进行试鲂.当试给监测到偏海后应立即纠正，以确保条件的准确，8测试应按照相关规应的时间间隔进行电测试和外部目检.9失效判据试蛉结束后或在磁过程中，如果器件规定的特征参数超过了相关规定俸数的相关内容技照IEC60747-12006中7.2.GB/T40232015中表2和GB/T152912015中去3），则判定该器件失效.出现机械损伤将被判为失效,如开裂，破碎或封装破坏（按照IEC60749-
22、3中规定）.如果是由安装或操作引起的，财不认为失效.10说明有关有关文件应规定以下内容：a)b)c)d)适用时,特殊的安装（见第5章）；表1中的国蛤条件；负我电流和电流波形（见第7章）；导通时间，关断时间或循环周期（见第6至）；e）功率循环次数（见第6章）；f）在质量一致性检验时,样本大小和质册等级；9）适用时，中间测量时间间隔；h）电性能测试（见第8章）；i）外部目检（见第9至）.参考文献(1 IEC60747(allparts)Semiconductordevices(2 IEC60748(allparts)SemiconductordevicesIntegratedcircuits(3
23、IEC60749-23SemiconductordevicesMechanicalandclimatictestsmethodsPart23:Hightemperatureoperatinglife14)HE1.D.M.etal.Fastpowercyclingtestforinsulatedgatebipolartransistormodulesintractionapplication.InternationaljournalofEIectronics,1999.Vol.86No.10,p.l193-1204(5NORRIS.K.C.and1.ANDZBERG.A.H.Reliabilityofcontrolledcollapseinterconnections.IBMJ.Res.Devel.Vol.13.p.266-271.1969
