Aktive-Passive Temperaturwechsel

Aktive Lastwechseltests stellen eine standardisierte und gut etablierte Methode zur Zuverlässigkeitsanalyse und Qualifikation von Leistungselektronikkomponenten und -modulen dar. Dabei werden die Prüflinge mit zyklischen Laststromimpulsen beaufschlagt, welche einen zyklischen Temperaturhub in den Leistungshalbleitern zur Folge haben. Dies wiederum induziert thermo-mechanischen Stress, welcher letztendlich zu den typischen Ausfällen in der Verbindungstechnik der Leistungsmodule führt.

Diese Tests haben allerdings einen Nachteil: Sie decken neuartige Anwendungsgebiete, in denen die Leistungselektronik zusätzlichen Lastfaktoren ausgesetzt ist, nicht vollständig ab. Vielfältige Trends, beispielsweise in Richtung höherer Leistungsdichten, heterogenen Systemintegration, die Einführung von neuen Halbleitermaterialien (SiC, GaN) und Packaging-Konzepten sowie der Einsatz in immer raueren Umgebungsbedingung kombiniert mit höheren Betriebszeiten verstärken die Zuverlässigkeitsanforderungen im Allgemeinen und die Notwendigkeit verbesserter Zuverlässigkeitsanalysemethoden im Speziellen. Dies betrifft insbesondere auch die Lebensdauertests, welche die realen Einsatzbedingungen möglichst realistisch abdecken und gleichzeitig zeiteffizient sein sollten. Ein vielversprechender Ansatz ist dabei die Kombination verschiedener Lastfaktoren, beispielsweise die Überlagerung von aktiven Lastwechseltests (Power Cycling Tests) mit passiven Temperaturwechseln (Bild 1). Beide Lastszenarien sind dafür bekannt eine Vielzahl typischer Fehler in Leistungselektronikkomponenten und -modulen zu induzieren. Da beide Faktoren auch in der Realität simultan auftreten, wie es beispielsweise bei in Fahrzeugen integrierter Leistungselektronik der Fall ist, stellen derartige Tests (Bild 2) einen aktuellen Forschungsschwerpunkt dar.