最大的问题，还是可靠性问题
实际上讲，任何产品都有可靠性，拿一截铁丝举例，反复用手掰来掰去，多试几次，最后你会发现弯曲的地方变形并且发热，最后断裂。其本质就是循环应力-应变导致的产品失效。
主驱中的功率模组也面临着该类问题，模组封装时芯片底部和陶瓷衬板焊接层，以及芯片顶部与键合线等区域，由于处于不同材料的分界处，在热应力的作用下热应变不一致（热胀冷缩的幅度不一样），对模组的可靠性产生较大的影响。
功率模块的可靠性设计，相当于在模块在汽车中的使用寿命的设计。由于在主驱系统的使用中通常工况较为恶劣，一旦出问题就会导致整车失去动力，影响十分严重。所以在一款模组推出之前，一定会经过大量的可靠性测试工作来评估该款产品在各个环境下的使用寿命。
2018年4月，由奥迪、BMW、戴姆勒、保时捷、大众等汽车行业的厂商代表编制， ECPE 欧洲电力电子研究网络发布了一款针对电力电子模组测试的标准，AGQ324，模组产品基本只有完成了根据它的测试规范设计的测试计划才能得到广大的车厂认可。此后多年，是否通过AGQ324验证，被视作功率模组上车的首要门槛。
AQG324是利用多项特性测试确保参加测试的模块的基本特性，从而建立一个特性参数的标准，用来和后面的一些寿命相关测试比对，并作为失效的判断标准。
其中，环境测试侧重于机械特性相关的测试。寿命测试则从各方面考核了模块封装以及芯片的可靠性，并且通过功率循环测试结合汽车厂商的路谱（mission profile）可以计算出功率模块的寿命。
碳化硅模组测试的特殊性
与硅基半导体的测试在全球范围内已经有50多年的经验不同，碳化硅的应用时间还非常之短。在碳化硅等宽禁带半导体面世之初，业界一度将硅相同的测试标准，复制粘贴到碳化硅应用上。
然而在过去的几年里，业界发现硅基半导体上的失效模式并不完全适用于碳化硅等宽禁带半导体领域。
举例来说，硅基半导体中的阈值电压（Vth）漂移不那么明显，但碳化硅领域则有很多明显的阈值电压漂移现象，会影响到器件性能。在一些静态测试中，并不能观察出整个阈值电压的漂移，但是通过动态测试之后则能很明显地看到整个门控阈值电压的漂移对整个器件的影响。
阈值电压漂移或是功率器件在开关时，内部导通电阻Rds(ON)实际上对器件性能会产生很大影响。基本上每家供应商的碳化硅器件供都会受到这种影响。
Frank认为，碳化硅的失效模式和过去硅基半导体失效模式不一样，所以测试方法必须变革。鉴于NI提出了一项用于功率半导体领域的动态测试，以找到更多材料或元器件失效模式来解决行业挑战。
那么对于功率器件可靠性测试而言，什么是静态测试，什么又是动态测试呢？
举例来说，静态栅极测试就是按照AQG-324标准，在多个器件的栅极上施加一个电压数千小时，并且监视基本的漏电流参数。但静态测试的缺点是不能反馈出真实的状况，因为真实工况下不可能有恒定的激励，所以要通过动态测试，尽量让这个器件靠近实际工况。
动态栅极测试包括如DGS、动态HTGB、DRB、动态H3TRB或高温DGB等，会向栅极施加更符合真实应用特性的高 dV/dt 或PWM 信号，激发出不同的工作模式，从而看到原始设备中器件的真实工作行为，并在这个过程中实时监测所有的电压、电流的变化。
“在NI的解决方案中，可以精确地控制每一个数据电压和电流，实时发现器件在这个参数下的缺陷。而不是像过去的方案，只有等到这个器件烧毁了才能发现。”Frank说到，即便在器件被烧毁的情况下，动态测试方案也可以在事后把整个变化过程的所有参数记录下来，方便工程师做事后失效分析。
不过动态测试也面临一些挑战。测试中往往有多达960个被测器件（DUT）都需要动态激励、控制电流和永久监控，如何一次控制这么多器件就是挑战。对此NI也有着不同的解决方案，就算其中一个器件被击穿也不会影响其他器件，并且持续将电流控制在一个限度内，以免烧毁器件。
与Keysight、Tektronix这些测试测量设备大厂相比，NI更专注于为可靠性测试提供完整的测试解决方案，而不仅是仪表设备。
服务对象包含芯片厂商在内，车厂OEM也是NI的主要客户对象，Frank表示：整机 OEM 的故障机制不同，所以与服务芯片厂商的机制也有很大不同，虽然两者都需要做整个器件的失效分析，不同应用场景会有不同失效分析模型，但OEM往往不会“把鸡蛋放在同一个篮子”——不会绑定在某一家特定供应商，不同车型可能会有不同的碳化硅器件供应商，他们需要判断不同供应商产品的性能，或是在不同场景下的失效特性。
当前，越来越多OEM开始建立自己的整条元器件供应链——包括碳化硅器件和模块。例如比亚迪，通过自建供应链结合自用场景和know-how，可以更高效地做自研功率器件的导入和开发。
目前这条产业链的分工是，一些厂商只供应碳化硅芯片，另一些供应碳化硅模组，碳化硅芯片供应给模组厂，模组厂再供应给OEM。未来则有可能OEM直接采购碳化硅芯片，再自己做模组。
“这些情况在现在和将来都会持续发生，因为效率实际上取决于芯片和逆变器的集成度。越来越多的逆变器和 OEM 公司正成为芯片专家，甚至成为自己的芯片供应商。”Frank说到：这时候仅有测量设备是不够的，还需要借助NI这样厂商的Know-how去了解物理失效的影响，并学习和掌握这些影响。
演讲的最后，Frank还是强调了一下行业应该共同携手推动AQG 324从标准到应用的转化，AQG 324标准不仅仅是一套书面规范，它是一个将理论标准转化为实际应用的实用指南。
AQG 324是由汽车行业中的多方利益相关者共同制定的，包括OEMs、半导体公司、模块制造商等，确保了标准的广泛接受和实用性。AQG 324提供了详细的技术指导，帮助企业理解如何将标准应用于实际的功率半导体设计、制造和测试中。
制造商可以依据AQG 324来开发新的功率半导体产品，确保这些产品能够满足汽车行业的特定要求。向客户提供符合高标准的功率半导体，增强市场竞争力。
AQG 324与全球标准化机构的合作，如JEITA和IEC，推动了标准的国际化，有助于全球市场的互操作性。通过提供一个共同的测试和评估平台，AQG 324也有助于企业减少不必要的重复测试，从而降低成本。
AQG 324的转化从标准到应用的过程，是汽车行业不断进步和确保消费者安全的关键部分。通过这种方式，AQG 324成为了连接理论、测试和实际汽车应用之间的桥梁。产业链上下游可以在应用的过程中推动AQG 324不断创新！
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更多碳化硅测试情况，我们将在这个会议上给大家分享👇
IPF 2024 第二届碳化硅功率器件制造与应用测试大会
暨化合物半导体产业高峰论坛
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