在近期舉行的國(guó)際功率半導(dǎo)體器件與集成電路會(huì)議（ISPSD）上，理想汽車功率芯片團(tuán)隊(duì)發(fā)表了兩篇論文，分別圍繞SiC MOSFET芯片中極低概率工藝缺陷的識(shí)別與攔截方法，以及考慮溫度變化影響的芯片壽命預(yù)測(cè)模型展開(kāi)。兩項(xiàng)研究基于大量測(cè)試數(shù)據(jù)，揭示了傳統(tǒng)測(cè)試方法可能高估芯片壽命的問(wèn)題，并提出了改進(jìn)思路。

據(jù)理想汽車介紹，已有超過(guò)150萬(wàn)顆其自研的SiC MOSFET芯片搭載于純電主驅(qū)系統(tǒng)中，實(shí)際運(yùn)行中質(zhì)量表現(xiàn)穩(wěn)定。在ISPSD上發(fā)表的兩篇論文中，該團(tuán)隊(duì)披露了其在SiC MOSFET可靠性領(lǐng)域取得的關(guān)鍵技術(shù)成果。

第一篇論文聚焦芯片制造中的低頻缺陷識(shí)別。

芯片制造涉及數(shù)百道工序，盡管行業(yè)對(duì)常見(jiàn)缺陷已有較完善的篩選手段，但仍有極低概率出現(xiàn)的缺陷——它們往往在芯片投入使用后才暴露，這是汽車行業(yè)車規(guī)級(jí)SiC功率芯片開(kāi)發(fā)中的共性難題。

為識(shí)別這類超出當(dāng)前行業(yè)認(rèn)知范圍的低頻缺陷，理想團(tuán)隊(duì)對(duì)10萬(wàn)顆自研SiC MOSFET芯片進(jìn)行了加速老化考核，最終發(fā)現(xiàn)失效芯片數(shù)量不足10顆。從制造角度看，不足萬(wàn)分之一的失效率在統(tǒng)計(jì)上已較低，但對(duì)實(shí)際購(gòu)買到搭載缺陷芯片車輛的用戶而言，故障發(fā)生概率為100%。

通過(guò)大量仿真模擬與復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)確定失效根源在于碳化硅芯片制造中的碳膜工藝。該工藝中的微小缺陷會(huì)在碳化硅材料表面形成尺寸不足1微米的凹坑，這些凹坑是芯片長(zhǎng)時(shí)間工作后發(fā)生失效的直接原因?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)提出了更嚴(yán)格的攔截篩選方法，以確保這類概率低于萬(wàn)分之一的缺陷芯片無(wú)法通過(guò)檢測(cè)。

第二篇論文討論芯片壽命預(yù)測(cè)模型的改進(jìn)。

傳統(tǒng)上，碳化硅芯片阻斷高壓能力的壽命測(cè)試大多在固定高溫條件下進(jìn)行。但理想汽車團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在帶有周期性溫度變化（加熱-保溫-冷卻）的加速反向偏壓（ARB）測(cè)試中，超過(guò)50%的芯片故障發(fā)生在溫度變化階段（加熱或冷卻過(guò)程），而該階段僅占總測(cè)試時(shí)長(zhǎng)的2.34%。相比之下，占總時(shí)長(zhǎng)97.66%的穩(wěn)態(tài)高溫階段，故障率反而更低。

這意味著傳統(tǒng)恒溫測(cè)試方法可能高估芯片的實(shí)際壽命，因?yàn)樗茨苷鎸?shí)反映汽車應(yīng)用中的工況。在電動(dòng)車實(shí)際行駛過(guò)程中，功率芯片的溫度隨加速、爬坡、滑行等不同工況而反復(fù)變化。

基于大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，理想汽車團(tuán)隊(duì)提出了改進(jìn)的壽命預(yù)測(cè)模型，首次引入了與溫度變化相關(guān)的修正因子。該模型為車規(guī)級(jí)SiC MOSFET芯片開(kāi)發(fā)中更準(zhǔn)確地建立壽命評(píng)估體系提供了新的分析工具。

（集邦化合物半導(dǎo)體整理）

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