SiC MOSFET发展历程与车规级可靠性认证综述

本章系统梳理SiC MOSFET在工艺、结构及可靠性测试方面的关键突破。

2.1 平面栅SiC MOSFET的成熟与标准化测试

·电压等级提升：600 V → 1200 V → 1700 V。

·可靠性测试体系初步建立：

·HTGB/HTRB成为评估静态可靠性的标准方法。

·TDDB（经时介电击穿）测试开始用于栅氧寿命评估。

·首款商业化产品：2008年Cree推出商用1200 V SiC MOSFET，配套可靠性测试报告成为客户信任基础。

2.2 沟槽栅SiC MOSFET的提出与可靠性新挑战

·结构优势：更低比导通电阻，但沟槽底部电场集中带来栅氧可靠性风险。

·测试技术升级：

▫高dV/dt动态测试成为评估动态可靠性的关键。

▫非钳位感性开关（UIS）测试用于验证雪崩鲁棒性。

2.3 第三方检测机构角色初现

·专业测试需求增长：芯片企业开始与专业实验室合作，进行可靠性验证与失效分析。

·检测能力建设：如中科晟测控等机构逐步建立SiC专用测试平台，提供HTRB、HTGB、H3TRB、间歇老化、功率循环等测试服务。

本章重点描述SiC MOSFET在2010年代后的产业化进程，以及车规认证如何成为市场准入的关键门槛。

3.1 沟槽栅技术商业化与车规测试需求爆发

·2015年：罗姆量产首款沟槽栅SiC MOSFET，推动车规级测试需求。

·AEC-Q101成为基础门槛：针对分立器件的可靠性测试标准，包括：

▫高温高湿反偏测试（H3TRB）

▫高温反偏测试（HTRB）

▫高温栅偏测试（HTGB）

▫间歇老化测试（IOL）

▫功率循环测试（PC）

▫温度循环（TC)

▫温度冲击（TST)

·检测机构角色强化：如中科晟具备全套AEC-Q101测试能力，支持多家国内厂商完成认证。

3.2 新能源汽车驱动测试体系升级

·特斯拉Model 3采用SiC：2017年，推动车规测试向系统级、模块级延伸。

·AQG-324成为模块级最高标准：

▫动态栅应力（DGS）

▫动态反偏（DRB）

▫功率循环测试

·测试设备与能力升级：如中科晟引进1800/3000A功率循环测试系统，支持模块级AQG-324认证。

3.3 国产SiC MOSFET的测试验证起步

·国产器件逐步上市：2018年起，多家国内企业推出1200V SiC MOSFET样品。

·测试验证成为瓶颈：缺乏车规级测试平台与经验，制约产品进入汽车供应链。

·第三方检测赋能：中科晟等机构提供从芯片级到模块级的全流程测试方案，助力国产器件通过早期可靠性验证。

本章聚焦中国SiC MOSFET产业在车规认证与测试验证方面的跨越式发展。

4.1 国产车规SiC MOSFET认证突破

·AEC-Q101认证全面覆盖：截至2024年，超过10家国产SiC MOSFET通过认证。

·AQG-324模块认证实现零的突破：2023年起，国产SiC模块逐步通过测试。

·测试案例：中科晟为国内头部SiC厂商提供：

▫HTRB/HTGB 1000小时测试

▫H3TRB 高温高湿反偏测试

▫IOL间歇老化测试

▫功率循环测试（最高3000A）

▫TC温度循环试验

▫TST温度冲击试验

4.2 检测机构技术能力全景展示

以广东中科晟测控技术有限公司为例，其SiC车规认证测试能力包括：

·芯片级测试：

▫高温反偏（HTRB）：最高电压2000V，温度175℃

▫高温栅偏（HTGB）：支持正负偏置测试

▫高温高湿反偏试验（H3TRB)：最高电压2000V

·模块级测试：

▫AQG-324全套测试：包括DGS、DRB、功率循环等

▫功率循环测试系统：电流1800A/3000A，支持双面冷却模块

▫热阻测试：支持结温实时监测

·失效分析与材料分析：

▫DPA（破坏性物理分析）：切片、SEM、X-Ray

▫FA（失效分析）：EMMI、OBIRCH、FIB定点分析

▫MA（材料分析）：TEM、EDS、FT-IR

4.3 国产测试标准与平台建设

·国标与团标制定：参与制定SiC器件测试标准，推动国内测试体系规范化。

·智能化测试平台：如中科晟CCMS实验室管理系统，实现测试数据自动采集、远程监控、智能预警。

·全国实验室网络：在东莞、重庆、上海等地布局测试实验室，支持本地化服务。

本章总结SiC MOSFET可靠性测试的当前水平，并展望测试技术与认证体系的发展方向。

5.1 当前测试技术成熟度

·全链条测试能力：从芯片→模块→系统级测试全覆盖。

·车规认证闭环：具备AEC-Q101、AQG-324、LV系列等全套认证能力。

·国产设备替代：功率循环机、高温测试系统等逐步实现国产化。

5.2 测试技术未来趋势

·更高功率测试能力：面向10kV以上SiC器件的高压、大电流测试平台。

·智能化与预测性测试：

▫利用大数据与AI进行早期失效预测

▫剩余寿命评估（RUL）技术

·系统级验证：从器件测试向电驱动总成、整车级测试延伸。

·碳化硅专用测试标准：推动建立更适合宽禁带器件的测试方法与判据。

5.3 检测机构的发展方向

·技术赋能：提供“设计-测试-认证”一体化解决方案。

·产研结合：与高校、研究院所共建测试与失效分析联合实验室。

·国际化认证：获取CNAS、ILAC等国际认可，支持国产SiC器件进入全球市场。