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半导体器件大功率 MOS 场效应管-谷易IC老化座工程师:可靠性老化测试必要性

发表时间:2025-10-27 09:41:26浏览量:130

大功率 MOS 场效应管(以下简称 “大功率 MOS 管”)凭借高频开关特性、低导通损耗及高功率密度优势,成为新能源、工业控制、储能等领域的核心器件。其工作环境常伴随高电压、大电流及剧烈温变,长期运行易出现...

大功率 MOS 场效应管(以下简称 “大功率 MOS 管”)凭借高频开关特性、低导通损耗及高功率密度优势,成为新能源、工业控制、储能等领域的核心器件。其工作环境常伴随高电压、大电流及剧烈温变,长期运行易出现栅极氧化层退化、漏源极寄生电阻增大等老化问题,因此老化测试成为筛选失效器件、保障系统可靠性的关键环节 —— 而大功率 MOS 管老化测试座作为器件与测试系统的连接核心,直接决定测试精度、效率与安全性。


(一)核心使用场景及对器件的严苛要求

新能源汽车领域

应用场景:车载 OBC(车载充电机)、DC-DC 转换器、电机控制器

运行条件:需耐受 120℃以上高温(机舱环境)、600V + 高压及 200A + 瞬态电流,且要求 10 / 20 万公里使用寿命

典型器件:车规级 650V/150A 大功率 MOS 管(如英飞凌 IPW65R110C7

工业电源与变频器领域

应用场景:UPS 不间断电源、工业变频器、伺服驱动器

运行条件:长期工作在 85℃~105℃环境,需频繁承受开关冲击,对器件的热循环稳定性要求极高

典型器件:工业级 500V/80A MOS 管(如安森美 NTB60N06

储能与光伏领域

应用场景:储能变流器(PCS)、光伏逆变器

运行条件:需适应 - 40℃~125℃宽温域,且需在高湿度、多粉尘环境下保持稳定,防老化需求突出

典型器件:1200V/200A 高压大功率 MOS 管(如三菱 FS300R12KE3


大功率 MOS 管主流封装:PDFN/TOLL/TO 的特点与测试难点

不同封装的大功率 MOS 管因结构差异,对IC老化测试座的接触方式、散热能力、机械强度提出差异化需求,谷易电子针对不同封装特性打造了定制化测试座解决方案,具体适配逻辑如下:

(一)PDFN 封装(扁平无引脚封装)

封装特点:薄型化设计(厚度<2mm)、底部裸露焊盘(增强散热),适合高密度 PCB 布局,常见型号为 PDFN5x6PDFN8x8

应用场景:消费类电源(如快充头)、车载低压辅助电路

测试难点:无引脚设计导致接触定位精度要求高(±0.1mm),裸露焊盘需同时实现电流传输与散热,避免测试中局部过热

谷易测试座适配方案:采用 弹性探针 + 底部导热衬垫结构,探针材质为铍铜镀金(接触阻抗<30mΩ),底部衬垫选用氮化铝陶瓷(导热系数 200W/mK),可实现 200A 大电流传输,同时将测试温度误差控制在 ±2℃

(二)TOLL 封装(无引线 TO 封装)

封装特点:金属外壳 + 无引线设计,兼顾散热性(热阻<1.5℃/W)与小型化,常见型号为 TOLL-8TOLL-12

应用场景:新能源汽车电机控制器、工业变频器

测试难点:金属外壳易形成电磁干扰(EMI),无引线结构需确保多引脚同步接触(引脚间距常为 0.5mm),且需耐受 150℃以上老化温度

谷易IC测试座适配方案:集成金属屏蔽罩(EMI 衰减>40dB),采用 浮动式探针阵列设计(同步接触精度 ±0.05mm),壳体选用 PEEK 耐高温材料(长期耐温 200℃),适配 1200V 高压老化测试,单次测试可覆盖 8 TOLL 封装 MOS


(三)TO 封装(传统金属外壳封装)

封装特点:金属外壳 + 引脚直插式设计,散热性优异(TO-247 封装热阻<0.8℃/W),结构坚固,常见型号为 TO-220TO-247TO-264

应用场景:大功率储能变流器、光伏逆变器

测试难点引脚间距大(TO-247 引脚间距 2.54mm)但机械应力耐受要求高(测试中需避免引脚弯曲),且大电流测试易导致探针发热

谷易测试座适配方案:采用 卡扣式固定结构(避免引脚受力),探针选用高导电率合金(电流承载能力 300A),并内置散热通道(配合测试系统风扇实现强制风冷),TO-247 封装测试座机械寿命可达 5 万次以上,不良接触率<0.01%

谷易电子IC老化测试座:关键技术突破与行业应用实践

谷易电子针对大功率MOS管老化测试的核心痛点,通过材料创新、结构优化及自动化适配,形成了覆盖全场景的测试座解决方案,其技术亮点与应用案例具有行业参考价值:

(一)核心技术突破

大电流与高温双重耐受

探针采用 铍铜基材 + 多层镀金工艺(镀层厚度 50μm),导通电阻<20mΩ,可承载 300A 持续电流;壳体与接触部件均选用耐温>180℃的特种材料,适配 AEC-Q101 车规老化标准(150℃/1000 小时)

智能化接触监测

部分高端测试座集成电阻监测模块,实时反馈接触阻抗(精度 ±1mΩ),当阻抗超过 50mΩ 时自动报警,避免因接触不良导致的测试误判,某车载 MOS 管测试项目中,该功能将测试准确率从 98.5% 提升至 99.98%

多工位批测试

推出 16 工位、32 工位集成式IC测试座,配合自动化上下料系统,单日可完成 5 万颗大功率 MOS 管老化测试(传统单工位测试座单日仅能完成 8000 颗),某储能企业应用后,测试效率提升 5 倍,人力成本降低 60%

(二)典型行业应用案例

车规 MOS 管老化测试项目(某头部新能源车企)

测试需求:对 650V/150A TOLL 封装 MOS 管进行 125℃/500 小时高温老化测试,需满足 AEC-Q100 Grade 0 标准

谷易方案:采用 TOLL-8 封装 16 工位测试座,集成 EMI 屏蔽与高温监控,测试后器件故障率从 800ppm 降至 50ppm,良率提升至 99.95%

储能变流器 MOS 管测试项目(某储能设备厂商)

测试需求:对 1200V/200A TO-247 封装 MOS 管进行 100℃/1000 小时老化测试,需支持 200A 大电流加载

谷易方案:定制化 TO-247 大电流测试座,内置散热通道与电流监测,单次测试覆盖 8 颗器件,测试周期缩短 30%,且未出现探针过热损坏问题


大功率 MOS 管的可靠性直接决定下游系统的安全运行,而老化测试是筛选失效器件的关键环节 ——大功率 MOS 管老化测试座作为测试环节的 “桥梁”,其封装适配性、环境耐受性与测试效率,成为影响测试质量的核心因素。谷易电子的实践表明,通过针对 PDFN/TOLL/TO 等封装的特性定制测试方案,结合材料创新与智能化设计,可有效解决大电流、高温、高精度接触等测试痛点。

随着新能源、储能等领域对大功率器件的功率密度、可靠性要求不断提升(如 SiC MOS 管逐渐普及),未来IC老化测试座将向 “更高电压(2000V+)、更高集成度(64 工位 +)、更智能监测(实时温阻双监测)” 方向演进,而谷易电子等企业的技术探索,将为行业提供更高效、更可靠的测试解决方案,持续夯实大功率半导体器件的质量管控基石。