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，通过对器件内部芯片和连接结构施加循环耗散功率来实现。 试验时，周期性施加和移除正向偏置（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IEC 60749-23)的补充。 其失效机理可能不同于空气对空气温度循环试验及双液槽法快速温变试验。本试验会导致损伤，是破坏性试验。

ICS31.080.01
ccsL40
中华人民共和国国家标准
GB/T4937.34—2024/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
SemiconductordevicesMechanicalandclimatictestmethods-Part34:Powercycling
(IEC 60749-34:2010,IDT)
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
2024-07-01实施
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则起草。
本文件是GB/T4937《半导体器件以下部分：
一第1部分：总则；
一第2部分：低气压；
一第3部分：外部目检；
GB/T4937.34—2024/IEC60749-34:2010第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定机械和气候试验方法》的第34部分。GB/T4937已经发布了一第4部分：强加速稳态湿热试验（HAST）；一第11部分：快速温度变化
双液槽法；
一第12部分：扫频振动；
一第13部分：盐雾；
一第14部分：引出端强度（引线牢固性）；第15部分：通孔安装器件的耐焊接热；一第17部分：中子辐照；
一第18部分：电离辐射(总剂量）；一第19部分：芯片剪切强度；
一第20部分：塑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敏感的表面安装器件的操作、包装、标志和运输；一第21部分：可焊性；
一第22部分：键合强度；
一第23部分：高温工作寿命；
一第26部分：静电放电(ESD)敏感度测试式人体模型（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：非密封表面安装器件在可靠性试验前的预处理；一第31部分：塑封器件的易燃性（内部引起的）；一第32部分：塑封器件的易燃性(外部引起的）；一第34部分：功率循环；
一第35部分：塑封电子元器件的声学显微镜检查；一第42部分：温湿度贮存。
本文件等同采用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》。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中华人民共和国工业和信息化部提出并归口。本文件起草单位：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、裴选。I
GB/T4937.34—2024/IEC60749-34:2010引言
半导体器件是电子行业产业链中的通用基础产品，为电子系统中的最基本单元，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础性和通用性标准，对于评价和考核半导体器件的质量和可靠性起着重要作用，拟由44个部分构成。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。一第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：外部目检。目的在于检测半导体器件的材料、设计、结构、标志和工艺质量是否符合采购文件的要求。
一第4部分：强加速稳态湿热试验（HAST）。目的在于规定强加速稳态湿热试验（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：稳态温湿度偏置寿命试验。目的在于规定稳态温湿度偏置寿命试验，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6部分：高温贮存。目的在于在不施加电应力条件下，检测高温贮存对半导体器件的影响。一第7部分：内部水汽测量和其他残余气体分析。自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：密封。自的在于检测半导体器件的漏率。一第9部分：标志耐久性。自的在于检测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器件和印制板组件承受中等严酷程度冲击的适应能力。
一第11部分：快速温度变化双液槽法。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。目的在于检测在规定频率范围内，振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耐腐蚀的能力。一第14部分：引出端强度（引线牢固性）。自的在于检测半导体器件引线/封装界面和引线的年固性。
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态封装半导体器件承受波峰焊或烙铁焊接引线产生的热应力的能力。一第16部分：粒子碰撞噪声检测(PIND)。目的在于规定空腔器件内存在自由粒子的检测方法。
一第17部分：中子辐照。目的在于检测半导体器件在中子环境中性能退化的敏感性。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离辐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骤的完整性。
一第20部分：塑封表面安装器件耐潮湿和焊接热综合影响。目的在于通过模拟贮存在仓库或干燥包装环境中塑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20-1部分：对潮湿和焊接热综合影响敏感的表面安装器件的操作、包装、标志和运输。目的GB/T4937.34—2024/IEC60749-34:2010在于规定对潮湿和焊接热综合影响敏感的塑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：可焊性。目的在于规定采用铅锡焊料或无铅焊料进行焊接的元器件封装引出端的可焊性试验程序。
一第22部分：键合强度。目的在于检测半导体器件键合强度。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器件影响的试验方法。
一第24部分：加速耐湿
环境下的可靠性。
无偏置强加速应力试验。目的在于检测非气密封装固态器件在潮湿一第25部分：温度循环。目的在于检测半导体器件、元件及电路板组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、可重复的HBMESD测试结果。一第27部分：静电放电(ESD)敏感度测试机器模型(MM)。目的在于建立一种能够复现MM失效的测试方法，以提供可靠、可重复的MMESD测试结果。一第28部分：静电放电(ESD)敏感度测试带电器件模型(CDM）器件级。目的在于建立一种能够复现CDM失效的测试方法，以提供可靠、可重复的CDMESD测试结果。一第29部分：门锁试验。目的在于建立一种判断集成电路门锁特性的方法和规定门锁的失效判据。
一第30部分：非密封表面安装器件在可靠性试验前的预处理。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：塑封器件的易燃性（内部引起的）。自的在于检测塑封器件是否由于过负荷引起内部发热而燃烧。
一第32部分：塑封器件的易燃性(外部引起的）。目的在于检测塑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装内部失效机理。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器施加循环功率损耗来检测半导体器件耐热和机械应力能力。一第35部分：塑封电子元器件的声学显微镜检查。目的在于规定声学显微镜对塑封电子元器件进行缺陷(分层、裂纹、空洞等)检测的方法。一第36部分：稳态加速度。目的在于规定空腔半导体器件稳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跌落试验方法，对表面安装器件跌落试验可重复检测，同时复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验方法。目的在于规定带存储的半导体器件工作在高能粒子环境下(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扩散率和水溶解度测量。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：采用应变仪的板级跌落试验方法。目的在于规定采用应变仪的板级跌落试验方法，对表面安装器件跌落试验可重复检测，同时复现产品级试验期间常见的失效模式。GB/T4937.34—2024/IEC60749-34:2010一第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、类数
据保持和温度循环试验的要求。一第42部分：温湿度贮存。目的在于规定评价半导体器件耐高温高湿环境能力的试验方法。一第44部分：半导体器件的中子辐照单粒子效应(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。GB/T4937（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验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，确定统的试验方法及应力，同时完善了半导体器件标准体系。IV
1范围
GB/T4937.34—2024/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
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，通过对器件内部芯片和连接结构施加循环耗散功率来实现。试验时，周期性施加和移除正向偏置(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IEC60749-23)的补充。其失效机理可能不同于空气对空气温度循环试验及双液槽法快速温变试验。本试验会导致损伤，是破坏性试验注：本方法不能作为预测模型对工作寿命进行评估。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/T4023一2015半导体器件分立器件和集成电路第2部分：整流二极管(IEC60747-2：2000,IDT)
GB/T15291—2015半导体器件第6部分：晶闸管(IEC60747-6:2000,IDT）IEC60747-1:2006半导体器件第1部分：总则(Semiconductordevices—Part1:General)IEC60749-3半导体器件机械和气候试验方法第3部分：外部目检(Semiconductordevices-Mechanicaland climatictestsmethods-Part3:Externalvisualexamination)注：GB/T4937.3—2012半导体器件机械和气候试验方法第3部分：外部目检(IEC60749-3:2002,IDT)3术语和定义bzxz.net
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术语和定义请参见IEC60747(所有部分)和IEC60748(所有部分）。3.1
负载电流loadcurrent
使器件产生功率损耗P的电流。
casetemperature
被测器件底部贴近热沉处的温度。3.3
热沉温度
sinktemperature
紧挨被测器件处测得的热沉的温度。1
GB/T4937.34—2024/IEC60749-34:20103.4
结温变化量junctiontemperatureexcursion△Tvj
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
量casetemperatureexcursion
壳温变化量
一个功率循环周期内最大壳温和最小壳温的差值。3.6
导通时间on-time
对器件施加负载电流的时间间隔。3.7
毛powerloss
功率损耗
被测器件的功率损耗，根据导通时间内电流波形和采购文件中特性数据计算得到。3.8
关断时间
off-time
冷却时间间隔。
循环周期
月cycleperiod
导通时间和关断时间之和。
4试验装置
本试验所用装置应包括成组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。根据器件壳温、芯片结温变化量和导通-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置，避免过多的热传导至器件引出端。在整个试验过程中，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。试验电路中应提供控制负载电流导通-关断的开关，并且独立于任何被测器件的(栅）控制功能。通过监控热沉温度T，或壳温T。来控制导通-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，用新器件替换有缺陷的器件）。避免由瞬态电压脉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，应在采购文件中对这些细节做出说明。负载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。整流器件如二极管或可控硅（SCR)通常用作线性转换，应连接到50Hz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，输出端通过并联电阻来监控负载电流。金属氧化物半导体（MOS)控制器件金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET)或绝缘栅双极晶2
体管(IGBT)应连接到直流电源上。多功能模块可按照内部电路单独逐个进行试验。GB/T4937.34—2024/IEC60749-34:2010在整个试验期间，栅控制器件如SCR、IGBT和MOSFET应通过合适的栅极控制使其保持在持续的正向导通状态。
施加功率并检查，以确保所有器件都正常偏置。除另有规定外，在试验期间，施加在器件上的功率应按表1中的条件进行交替循环。器件应在极限温度间按照规定循环次数进行循环试验。除了中间电测试从试验装置中移除器件外，功率循环试验应持续进行。如果因为设备、电源或仪器故障导致试验中断，应从中断时间重新开始试验。6试验条件
应从表1中选择试验条件。所有被测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能够很好的控制，只需监控一只被测器件中心底部的T，或Tc。所有器件的结温Tvi、结温变化量△T,和壳温变化量△T。都应保持在表1中规定的范围内。在新的周期开始之前，应调整关断时间使器件的结温T,接近壳温Tt。5℃，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损耗P计算结温T（和壳温Tc,若适用），计算时应考虑负载电流的波形。
循环次数Nc应选择下列值的整数倍：一100000次试验条件1;
一1000次试验条件2和试验条件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；在牵引应用中，按照试验条件1循环次数Nc可能达到数百万次。
表1试验条件
温度极值
试验条件
50±20
60±20
45*-至125-io
45*至150-10
45*5至125-%
45*5至150-1g
循环周期
1s至15s
1min至15min
a△T。可能非常小，因为在较短的循环周期内，器件通常瞬间工作。ATv
失效模式示例
对引线键合强度敏感6
对软焊料和引线
键合强度敏感
b在严酷的功率循环条件下，在引线键合界面薄的芯片金属化层中的高电流密度会产生电迁移。3
GB/T4937.34—2024/IEC60749-34:2010125
图1典型负载功率P和温度循环试验条件27预防措施
负载电流和总功率损耗不应超过每个器件规定的最大值。设计试验电路时，确保器件不应超过壳温或结温的额定值。应采取预防措施避免电击损伤和热失控。试验开始和试验结束时应监测试验设备，保证所有器件是按照规定的条件进行试验。当试验监测到偏离后应立即纠正，以确保条件的准确。8测试
应按照相关规范的时间间隔进行电测试和外部目检。9失效判据
试验结束后,或在试验过程中，如果器件规定的特征参数超过了相关规定(参数的相关内容按照IEC60747-1:2006中7.2、GB/T4023—2015中表2和GB/T15291—2015中表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IEC60749-3中规定）。如果是由安装或操作引起的，则不认为失效。10说明
有关有关文件应规定以下内容：适用时，特殊的安装(见第5章）；a）
表1中的试验条件；
负载电流和电流波形(见第7章)；导通时间，关断时间或循环周期(见第6章）；e)
功率循环次数(见第6章）；
在质量一致性检验时，样本大小和质量等级；适用时，中间测量时间间隔；
电性能测试(见第8章）；
外部目检(见第9章）。
GB/T4937.34—2024/IEC60749-34:20105
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