在新能源、电动汽车和工业功率转换领域，第三代半导体（以SiC碳化硅和GaN氮化镓为代表）正逐步取代传统硅基IGBT，成为高效功率器件的主流选择。老炼测试（burn-in testing）作为可靠性筛选的关键环节，通过加速应力暴露早期失效，帮助提升器件寿命和稳定性。本文分享IGBT向第三代半导体过渡中的老炼测试实践经验，结合SiC MOSFET和GaN HEMT的独特特性，提供实用指导与案例分析。
第三代半导体老炼测试的必要性
传统硅基IGBT老炼主要针对焊点疲劳和栅氧退化，而第三代半导体（如SiC MOSFET、GaN HEMT）面临新挑战：栅极阈值电压（Vth）漂移、体二极管稳定性、动态导通电阻（RDS(on)）增加等。这些问题源于宽禁带材料的界面陷阱和高电场应力，老炼测试能有效筛选婴儿期失效（infant mortality），提高批次可靠性。
实践经验显示，未经充分老炼的SiC器件在高温高压下Vth漂移可达20%以上，导致系统不稳定；GaN HEMT则易出现动态RDS(on)上升，影响开关效率。
老炼测试方法与参数设置
SiC MOSFET老炼实践
SiC器件老炼常采用高温栅偏（HTGB）、高温反偏（HTRB）和功率循环结合。
- HTGB测试：栅极施加正/负偏压（±20V），温度150-175°C，持续1000小时。重点监测Vth漂移和栅漏电流。
- HTRB测试：漏源电压80%额定值，温度175°C，评估体二极管和氧化层稳定性。
- 功率循环：ΔTj=100-150°C，循环次数10^5-10^6，模拟实际热应力。
经验参数表（基于商用1200V SiC MOSFET）：
| 测试类型 | 温度 (°C) | 偏压/电流 | 持续时间 (h) | 关键监测参数 |
|---|---|---|---|---|
| HTGB | 175 | ±20V | 1000 | Vth漂移、IGSS |
| HTRB | 175 | 80% VDSS | 1000 | IDSS、体二极管VF |
| 功率循环 | ΔTj=120 | 额定电流 | 10^5循环 | RDS(on)、热阻 |
实践案例：某批SiC MOSFET经HTGB老炼后，Vth稳定在±0.5V以内，筛选出5%早期失效器件。
GaN HEMT老炼实践
GaN器件对动态应力敏感，老炼强调连续开关和体二极管应力。
- 连续硬开关老炼：频率100kHz，电流15-30A，电压400-600V，温度80-125°C。
- 体二极管应力：第三象限操作，监测RDS(on)稳定性。
- WLBI（晶圆级老炼）：并行多芯片测试，加速筛选陷阱效应。
- 实施步骤：
- 预测试静态参数（Vth、RDS(on)）。
- 施加开关应力，实时监测动态参数。
- 后测试对比，剔除漂移>10%器件。
- 结合AI分析预测寿命。
经验显示，GaN HEMT经61小时硬开关老炼，动态RDS(on)稳定无显著增加，与SiC相当。
常见问题与优化经验
- 问题1：Vth漂移（SiC常见） → 优化：正负偏HTGB交替，稳定界面陷阱。
- 问题2：动态RDS(on)上升（GaN常见） → 优化：体二极管专用应力，控制dv/dt。
- 问题3：测试噪声干扰 → 优化：高精度数字化仪，控制震荡幅值。
- 成本优化：采用晶圆级并行老炼（WLBI），效率提升数倍。
第三代半导体老炼测试实践经验证明，通过针对性HTGB/HTRB、功率循环和连续开关应力，能有效暴露栅氧退化、阈值漂移和动态电阻问题，提升器件可靠性至汽车级标准（<5 FIT）。结合晶圆级筛选和AI监测，老炼不仅筛选失效，还为寿命模型提供数据支持，推动SiC/GaN在高压高频应用的广泛落地。
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