宽禁带(WBG)器件，如碳化硅和氮化镓，正在提升各种应用中的功率效率和热管理，尤其是在电动汽车和可再生能源系统中，带来了显著的性能提升。

　　然而，近期这些技术的采用引入了特定的挑战，尤其是在烧机和可靠性测试方面。为了确保符合质量和可靠性标准，开发并整合针对这些器件的新压力和测试方法至关重要。电子设计自动化(EDA)解决方案在连接研发与生产过程中发挥着重要作用。

　　WBG市场增长

　　WBG半导体的采用正在改变对高功率效率有需求的行业，如汽车、可再生能源和电信。例如，特斯拉通过在其Model 3逆变器设计中使用来自意法半导体的SIC MOSFET，激发了对碳化硅的兴趣，实现了与传统IGBT模块相比75%的开关损耗降低。

　　这一进步使得逆变器变得更小更轻，同时提升了功率通量和热管理。此外，GaN的高速开关能力为高压电池充电、辅助DC/AC电源和12V及48V电池系统的DC/DC降压转换等新市场打开了大门。

　　WBG器件的烧机测试标准演变

　　WBG器件缺乏成熟和标准化的测试协议， necessitating 持续的创新。随着对器件失效机制的了解加深，行业逐渐转向更加针对性和有效的压力条件。

　　例如，针对基于硅的器件的标准化可靠性测试并未考虑WBG半导体所面临的独特材料特性和操作压力。碳化硅(图1)和氮化镓(图2)的特定结构和失效机制需要基于新技术和流程的不同方法。因此，EDA解决方案必须具有适应性，整合新的压力测试，以确保可靠性而不影响WBG材料的效率提升。

　　WBG测试中的新兴压力机制

　　由于WBG半导体的独特性质，传统的压力机制需要通过额外测试来补充。目前正在整合到烧机和测试解决方案中的一些关键压力测试包括：

　　体二极管压力测试：专注于器件的固有体二极管，特别是在SiC MOSFET中至关重要。鉴于体二极管在正向和反向导电中的作用，此压力测试评估其在重复循环下的稳定性和抗降解能力，包括导通电阻稳定性(第三象限操作)。

　　高温反向偏置(HTRB)：该可靠性测试用于评估半导体器件在高温和反向偏置电压的压力条件下的稳定性和性能。对于WBG半导体而言，这一测试尤为重要，因为这些材料用于高功率和高温应用，而标准的半导体材料(如硅)在这些条件下效果较差。

　　HTRB测试中常见的WBG器件失效机制包括结降解、因长期暴露于高电压和高温而导致的栅氧化层降解，以及漏电流增加。

　　高温栅偏置(HTGB)：该可靠性测试旨在测量栅绝缘体在持续高温和恒定偏置电压下的耐受能力。在HTGB测试中，器件通常在150°C至200°C或更高的温度下保持，施加接近额定最大值的稳态栅偏置。对于WBG器件，该测试可能进一步推高这些限制，因为这些材料本身能够承受比传统硅器件更高的电场和温度。

　　高温栅压力(HTGS)：在HTGS中，器件的栅被施加恒定的高电压，同时器件被加热到高温(通常在150°C到250°C之间)并保持较长时间，通常为数百或数千小时。对于WBG半导体，HTGS测试可能会更加严格，因为这些材料可以承受更高的工作电压和温度。

　　下表总结了与WBG器件相关的主要测试程序及其旨在强调的可靠性特性。

　　EDA解决方案中新功能的整合

　　EDA行业在为WBG器件引入创新压力和测试功能方面处于前沿。其解决方案包含包级和晶圆级测试能力，以满足静态和动态特性要求。

　　以下是一些近期的整合：

　　增强的晶圆级测试：在晶圆级早期检测缺陷和异常对于保持生产质量至关重要。EDA的解决方案包括晶圆级压力测试，以筛查热和电气的可靠性，从而减少下游问题。

　　现实模拟的动态压力曲线：EDA的系统模拟现实操作条件，以揭示潜在的失效模式。通过整合模拟WBG器件在应用中所面临的开关和热条件的动态压力曲线，EDA使得早期识别可靠性问题成为可能。

　　先进的监测和数据分析：EDA行业的工具配备了复杂的监测功能，提供器件在压力下行为的实时洞察。通过利用数据分析，这些工具能够更准确地预测失效模式，从而延长器件寿命并减少现场故障。

　　下表展示了EDA行业目前提供的WBG测试服务及未来能力的发布路线图。

　　对半导体链的益处

　　引入这些新的压力和测试功能对半导体链的每个阶段都有益处：

　　设计和研发：通过具有强大压力曲线的早期测试提供对设计弱点的洞察，使得在生产前进行迭代改进。这种方法加快了开发周期，确保最终产品符合可靠性标准。

　　生产：在生产中，这些先进的烧机和测试功能提高了合格率，最小化了昂贵的召回或后期干预。通过更早识别缺陷，制造商可以实施针对性的质量控制措施，减少浪费，提高产品一致性。

　　终端用户信心：通过确保WBG器件经过严格测试且可靠，最终用户可以自信地在要求高的应用中部署它们。这增强了WBG技术的整体市场地位，并提高了各行业的采用率。

　　随着WBG技术的不断演进，半导体行业必须调整其测试和烧机协议以跟上步伐。EDA行业致力于将新压力和测试功能整合到其解决方案中，体现了应对这些挑战所需的主动方法。通过针对WBG器件的独特失效机制进行专门的压力测试，EDA行业正在推动WBG技术的进步，为更高效和可靠的未来铺平道路。

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