在可預見的將來，功率電子元件的使用將持續不斷的增加。任何需要電力變換、轉換或控制等功能都須使用各種形式的功率電子元件。現今功率電子元件已廣泛應用于各種不同的行業（圖1）。灰色圓圈所代表的是需要使用功率模組的行業，如汽車業（電動車、混合動力車、燃料電池車等其他輪式車）、可再生能源業（太陽能逆變器、風力發電機、太陽能電站、衛星太陽能面板）、鐵路設施（引擎元件、牽引控制系統）及高階馬達驅動器。這些功率電子元件一般由多種絕緣閘雙極性電晶體（IGBT）或金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）組成。

　　圖1　功率電子元件的應用。灰色圓圈表示須使用大功率模組的行業。在大功率電子行業中，電動汽車、混合動力汽車及其充電站對功率電子元件的需求都有顯著增長。

　　功率元件可靠性挑戰倍增

　　對于使用IGBT或功率MOSFET的用戶而言，可靠性是他們關注的首要議題。在這些行業中，產品的高可靠性和長使用壽命尤其重要。用戶期望電動車在連續 15？20年內不出現任何重大維修問題；而鐵路產業則須持續使用至少30年或更久。對于時常派遣維修人員對離岸風力發電機進行維修顯然是不可行的，衛星太陽能面板甚至須永久性的使用。

　　熱失效是高可靠性無法實現的主因。功率循環會使IGBT晶片端產生的熱通過模組，并散發到周圍環境中，其產生的應力及熱會破壞模組。焊線可能因疲勞老化的原因而脫落或斷裂，甚至進一步惡化導致完全失效（圖2）。模組的堆疊層，特別是晶片焊接處，會因熱-結構應力的作用下而脫層并破裂。在完全失效前，這些模組本可承受上萬、甚至數以百萬的功率循環次數。

　　圖2　IGBT模組產生故障的原因有很多種，包括焊線老化或脫落。

　　那么，我們如何保證這些模組在其應用領域中能持續使用多年，并耐受成千上萬次功率循環呢？這不僅僅是功率電子模組供應商的責任，亦是相關產業供應商皆須克服的難題，無論是初期零組件供應商，抑或是原始設備制造商（OEM）均責無旁貸。若所生產的功率模組太早出現損壞的情況，則OEM應該為此負擔保固、產品召回、聲譽受損等損失。

　　功率模組的可靠性測試并不是一項新的挑戰，但傳統的模組測試過程非常漫長且具有不準確性和不確定性（圖3）。一般可靠性的測試會將IGBT模組安裝于設備上，并提供規定的安培數進行功率循環的測試。元件在經過多次功率循環測試（500次、1，000次、5，000 次等）之后，用戶須將模組從設備上取下送往實驗室進行檢驗，確認是否有無故障。若沒有故障則繼續重復該循環測試直至模組最終失效為止。此時模組將被再次送往實驗室進行檢查，藉由X光、聲測、目測或破壞性的解剖方式來確定故障的原因。

　　圖3　傳統的IGBT模組可靠性測試方法耗時、準確性低，無法在測試過程中即時觀察到失效的產生，只能確定最后產品是否失效。

　　重復的功率循環測試和實驗室檢驗非常耗時且無法在測試過程中即時觀察到失效的產生，只能在最后確定元件是否失效。而若因多種不同原因所引起的失效，則可能無法確定其確切的原因。

　　新的可靠性測試方法應運而生

　　我們需要一種更有效、快速確定失效原因的測試方式。此方法要能在功率循環測試時量測模組中的電/熱效應，并即時發現失效原因而不是依賴事后的診斷。為了滿足以上的需求，唯有將功率循環和量測整合于同一設備中才能實現，使用戶毋須將模組從功率循環測試設備上取出送往實驗室進行失效分析。明導（Mentor Graphics）新推出的MicReD Industrial Power Tester 1500A就能提供這樣的測試環境。

　　圖4是功率測試設備進行功率循環和即時量測/診斷的示意圖。該測試設備利用MicRed T3Ster暫態熱特性技術對元件進行量測（如晶片封裝、LED和系統）。主要特征有：

　　圖4　測試設備整合功率循環和即時量測的方法，可即時監控模組的失效并減少實驗室的事后分析。

　　．采用觸控螢幕來控制、定義模組的特性和測試順序及方法

　　無論是專家、產品工程師或技術人員都能簡單的學習和使用。軟體能儲存相關的參數供重復使用，能用來測試多個產線上的樣本或產品品質可靠性。

　　．1500安培的電源可同時提供三個不同的模組進行測試，每個模組可單獨使用的電流高達500安培。

　　電源切換的時間僅需不到100微秒，這也是T3Ster設備在高準確性暫態熱特性測試中所要求的速度。

　　．循環測試時，用戶可自行定義時間間隔來量測、紀錄模組的順向電壓變化，其最大取樣速率高達每秒一百萬個樣本。

　　這些資料都將顯示在觸控螢幕上，并直接產生出結構函數。

　　．藉由結構函數可即時分析模組各層結構，并發現任何因失效所可能產生的變化（晶片或黏接層脫離、破裂等）。

　　這些資訊都能協助確定失效產生的確切時間和原因。

　　．安全盒會監測任何潛在的危險因素，如煙、冷卻板液體泄漏、設備過熱等。

　　一旦偵測到這些因素，測試設備將馬上關閉所有的電源；但為保存測試資料，不斷電供應系統（UPS）仍將繼續為電腦供電，直至所有資料得到安全保存。