倾佳电子基于基本半导体B3M013C120Z可靠性测试数据的国产SiC器件技术成熟度深度研究报告

倾佳电子基于基本半导体B3M013C120Z可靠性测试数据的国产SiC器件技术成熟度深度研究报告

倾佳电子（Changer Tech）是一家专注于功率半导体和新能源汽车连接器的分销商。主要服务于中国工业电源、电力电子设备和新能源汽车产业链。倾佳电子聚焦于新能源、交通电动化和数字化转型三大方向，分销代理BASiC基本半导体SiC碳化硅MOSFET单管，SiC碳化硅MOSFET功率模块，SiC模块驱动板等功率半导体器件以及新能源汽车连接器。

倾佳电子杨茜致力于推动国产SiC碳化硅模块在电力电子应用中全面取代进口IGBT模块，助力电力电子行业自主可控和产业升级！

倾佳电子杨茜咬住SiC碳化硅MOSFET功率器件三个必然，勇立功率半导体器件变革潮头：

倾佳电子杨茜咬住SiC碳化硅MOSFET模块全面取代IGBT模块和IPM模块的必然趋势！

倾佳电子杨茜咬住SiC碳化硅MOSFET单管全面取代IGBT单管和大于650V的高压硅MOSFET的必然趋势！

倾佳电子杨茜咬住650V SiC碳化硅MOSFET单管全面取代SJ超结MOSFET和高压GaN 器件的必然趋势！

执行摘要

随着全球功率半导体产业向第三代宽禁带材料的全面转型，碳化硅（SiC）MOSFET已成为电动汽车（EV）、光伏储能及高压工业驱动领域的核心战略器件。中国作为全球最大的功率半导体消费市场，其国产SiC产业链的成熟度一直备受关注。长期以来，国产器件在“性能参数”（如导通电阻、击穿电压）上已逐渐逼近国际先进水平，但在“可靠性”与“长期寿命”这一核心维度上，仍面临市场信任的挑战。

倾佳电子以深圳基本半导体股份有限公司（BASIC Semiconductor）的《B3M013C120Z可靠性试验报告》为核心依据 ，通过对该款1200V SiC MOSFET在静态耐久性、环境适应性、动态开关应力及热机械稳健性等多个维度的测试数据进行详尽解构，旨在深度剖析当前国产头部SiC厂商的技术实力与工艺控制水平。

分析显示，基本半导体B3M013C120Z器件在极为严苛的测试条件下——包括175°C结温下的高温反偏（HTRB）、960V高压下的温湿偏压（H3TRB）以及符合AQG324车规标准的动态栅极应力（DGS）测试——均实现了“零失效”通过 。这一结果具有里程碑意义，它不仅标志着该特定型号产品的合格，更深层次地揭示了国产SiC行业在高质量外延生长、栅氧界面态控制、高压终端钝化以及先进封装材料匹配等关键“卡脖子”环节取得了实质性的技术突破。倾佳电子认为，以基本半导体为代表的国产第一梯队已经完成了从“样品试制”到“工业级/车规级量产交付”的跨越，具备了与国际Tier 1厂商同台竞技的可靠性底座。

第一章 引言：国产SiC行业的“可靠性”大考

1.1 第三代半导体的战略拐点

碳化硅（SiC）凭借其击穿电场强度（Si的10倍）、热导率（Si的3倍）和电子饱和漂移速率（Si的2倍）等物理优势，正在重塑高压电力电子转换的格局。然而，SiC材料的硬度、脆性以及复杂的晶体缺陷（如基平面位错BPD、螺位错TSD），使得其制造工艺极其困难。对于国产厂商而言，早期的挑战在于“做出来”，即解决良率和基本电参数达标的问题；而进入2025年，随着下游整车厂（OEM）和Tier 1集成商对供应链安全与本土化的强烈需求，行业的焦点已全面转向“用得住”，即全生命周期的可靠性保障。

可靠性工程不仅仅是测试，它是设计出来的，更是制造出来的。它涉及到对失效物理（Physics of Failure）的深刻理解。一份详尽的可靠性报告，实际上是一份工艺能力的“体检表”。

1.2 研究对象与数据来源

倾佳电子的核心研究对象是基本半导体生产的 B3M013C120Z 型号SiC MOSFET。根据可靠性试验报告 RC20251120-1 显示，该试验于2025年8月12日至2025年11月17日期间进行 。

器件规格：1200V耐压等级，这是目前储能变流器PCS和混合逆变器的主流规格。

测试标准：涵盖了经典的军标 MIL-STD-750、工业标准 JESD22，以及最为关键的欧洲电力电子中心汽车级导则 AQG324 。

样本规模：主要项目采用77颗/批（1 lot）的抽样标准 ，符合AEC-Q101等国际通用的统计学置信度要求。

倾佳电子将透过这些枯燥的测试数据，挖掘其背后的技术含义，回答市场最为关切的问题：国产SiC MOSFET是否真的准备好了？

第二章 栅极氧化层完整性（GOI）：攻克SiC的“阿喀琉斯之踵”

2.1 SiC/SiO2 界面的物理挑战

在SiC MOSFET的所有失效模式中，栅极氧化层（Gate Oxide）的可靠性历来被视为最大的风险点。与硅器件不同，SiC与SiO2的界面存在大量的碳残留簇和复杂的界面态密度（Dit）。这些缺陷在高温和电场的作用下，会捕获载流子，导致阈值电压（Vgs(th)）漂移，严重时会导致经时击穿（TDDB）。因此，考察栅极可靠性是评估SiC工艺成熟度的首要环节。

2.2 HTGB测试：高温与高场的双重极限

基本半导体的报告中，高温栅偏（HTGB）测试条件设定得极具侵略性，这显示了厂商对氧化层质量的强烈自信。

2.2.1 正向偏压测试（HTGB+）

测试条件：Tj​=175∘C，VGS​=+22V，持续1000小时 。

数据深度解读：

通常，SiC MOSFET的推荐驱动电压为+15V或+18V，绝对最大额定值往往在+22V至+25V之间。在175°C（远高于常规工业级150°C）的极限结温下，施加+22V的持续偏压，意味着栅氧化层处于极高的电场应力下。

失效机理阻断：在如此高温高场下，氧化层中的Fowler-Nordheim (F-N) 隧穿电流会指数级增加。如果氧化层厚度不均匀，或者存在微小的针孔（Pinholes）、金属杂质沾污，器件将在短时间内发生介质击穿。

工艺推断：77颗样品零失效的结果 1表明，基本半导体采用了高质量的热氧化工艺，并且极有可能应用了先进的**后氧化退火（Post-Oxidation Annealing, POA）**技术（如NO或N2O高温退火），有效钝化了界面处的碳簇，降低了界面态密度，从而保证了氧化层在极限电场下的本征寿命。

2.2.2 负向偏压测试（HTGB-）

测试条件：Tj​=175∘C，VGS​=−10V，持续1000小时 。

数据深度解读：

负偏压测试主要考核负偏置温度不稳定性（NBTI）。在负偏压下，界面处的空穴会被陷阱捕获，导致阈值电压向负方向漂移。对于SiC MOSFET，为了防止误导通，通常在关断时施加-3V至-5V的负压。

安全裕量：测试电压设定为 -10V ，远超实际应用的负压水平。这证明了器件在长期关断状态下，阈值电压极其稳定，不会因为Vth漂移而导致“常开”失效或亚阈值漏电增加。这对于应用于全桥或半桥拓扑中的器件至关重要，防止了上下管直通的风险。

2.3 动态栅极应力（DGS）：AQG324的车规级大考

如果说HTGB是静态考核，那么DGS（Dynamic Gate Stress）则是模拟真实开关环境的动态大考。该测试直接引用了 AQG324 标准 ，这是目前针对车用功率模块最严苛的行业准则。

测试条件：

VGS​：-10V / +22V 动态切换。

开关频率：250kHz（占空比50%）。

电压变化率：dVGSon​/dt>0.6V/ns, dVGSoff​/dt>0.45V/ns 。

持续时间：300小时（约 1.08×1011 次循环）。

技术洞察：

位移电流的考验：在高频开关过程中，栅极电流不仅包含对电容充电的电流，还包含由于快速电压变化引起的位移电流。这种高频反复的充放电会剧烈轰击氧化层界面。

栅极流道设计：通过DGS测试意味着芯片内部的栅极多晶硅流道（Gate Runner）设计合理，能够承受高频大电流而不发生电迁移（Electromigration）或局部过热。

屏蔽效应：在沟槽型或平面型SiC MOSFET设计中，为了保护薄弱的栅氧化层，通常会设计P型屏蔽区（P-Shield）。通过高dV/dt的测试，验证了这种屏蔽结构在动态过程中能有效将电场从氧化层转移到体硅中，防止了栅氧拐角处的电场拥挤导致的退化。

本章小结：B3M013C120Z在HTGB（+22V/-10V, 175°C）和DGS（AQG324）上的全数通过，标志着国产SiC器件在最核心的栅氧可靠性上已攻克难关，达到了国际Tier 1厂商的同等水平。

第三章 高压阻断能力与终端设计的鲁棒性

3.1 HTRB测试：175°C下的耐压长跑

高温反偏（HTRB）主要评估器件在关断状态下承受高压和高温的能力，重点考察边缘终端（Edge Termination）的设计质量和漏电流稳定性。

测试条件：Tj​=175∘C，VDS​=1200V，1000小时 。

关键看点：

100%额定电压（1200V） ：许多传统测试仅加压至额定值的80%（即960V）。基本半导体选择直接加压至 1200V ，这是一种极度自信的“满负荷”测试。这意味着终端设计必须留有充足的余量（Over-design），通常实际击穿电压需达到1400V以上，才能保证在1200V持续偏压下不发生雪崩击穿或漏电热失控。

175°C高温：相比于150°C，175°C下的本征载流子浓度急剧增加，漏电流通常会呈指数上升。在此温度下通过1000小时测试，证明了该器件具有极低的高温漏电流（Low High-Temp Leakage），这对于提高系统效率、降低待机损耗至关重要。

3.2 H3TRB测试：高压、高温、高湿的“三高”挑战

高湿高温反偏（H3TRB），俗称“双85”测试，是检验非气密性封装（塑料封装）防潮能力的终极试金石。

测试条件：Ta​=85∘C，相对湿度 RH=85%，VDS​=960V，1000小时 。

失效物理分析：

在960V的高直流偏压下，水汽一旦通过塑封料渗透到芯片表面，极易引发电化学迁移（Electrochemical Migration, ECM）。

枝晶生长：金属离子（如Ag+或Cu+）在电场作用下迁移，形成树枝状导电通道，导致源漏极间短路。

铝腐蚀：芯片顶层的铝金属化层容易发生阳极氧化腐蚀。

国产封装的进步：

B3M013C120Z成功通过该测试 ，揭示了其在封装材料科学上的突破：

高纯度塑封料：采用了离子含量极低（Low Alpha, Low Ion）的先进绿色塑封料（Green Compound），通过特殊的填料配方吸附杂质离子。

钝化层优化：芯片表面覆盖的聚酰亚胺（Polyimide, PI）或氮化硅（SiN）钝化层致密无孔，与塑封料形成了极佳的化学键合，彻底阻断了水汽在界面的传输路径。

第四章 热机械应力与功率循环：封装寿命的试金石

对于应用于电动汽车逆变器的功率器件，其不仅要承受电应力，还要承受剧烈的温度波动带来的机械应力。

4.1 间歇运行寿命试验（IOL）

IOL（Intermittent Operational Life），也称为功率循环（Power Cycling），通过芯片自身的损耗发热，使结温上升，然后切断电流风冷降温，模拟器件在实际工况下的热疲劳。

测试条件：ΔTj​≥100∘C，循环次数 15,000次，升降温各2分钟 。

失效模式：

由于SiC芯片、键合线（铝或铜）、焊料层和铜底板的热膨胀系数（CTE）各不相同，反复的热胀冷缩会在接触面产生巨大的剪切应力。

键合线失效：常见的失效是键合线根部断裂（Heel Crack）或脱落（Lift-off）。

焊料层退化：芯片下方的焊料层可能出现空洞扩大或裂纹，导致热阻（Rth）增加，最终引发过热烧毁。

数据解读：

15,000次循环且 ΔTj​≥100∘C 是一个相当严苛的工业标准 1。通过这一测试，暗示了基本半导体在封装互连工艺上的高水准：

键合工艺：可能采用了优化的粗铝线键合工艺，严格控制键合压力和超声功率，确保了键合点的机械强度。

固晶工艺：虽然报告未披露具体材料，但优异的IOL表现通常关联着高可靠性的焊料合金或银烧结（Ag Sintering）工艺，确保了极低的热阻和抗疲劳特性。

4.2 温度循环（TC）与高压蒸煮（AC）

TC测试：−55∘C∼150∘C，1000次循环 1。这进一步验证了封装体在极端温差下的整体结构完整性，排除了塑封体开裂或分层的风险。

AC测试：121∘C，100%RH，15psig，96小时 。即“高压锅”测试，强迫水汽渗入封装。零失效证明了塑封料与引线框架之间不存在由于“爆米花效应”产生的微裂纹。

第五章 动态应力与车规级AQG324标准的跨越

本报告最引人注目的亮点之一是对 AQG324 标准的引用与执行。AQG324是欧洲主要车企（奥迪、宝马、戴姆勒等）推动的SiC功率模块资格准则，其严苛程度远超传统的JEDEC标准。

5.1 动态反偏应力（DRB）与双极退化

测试条件：VDS​=960V，f=50kHz，dV/dt≥50V/ns 。

核心意义：验证晶体质量。

SiC器件特有的一种失效模式是“双极退化”（Bipolar Degradation）。当体二极管（Body Diode）导通时，电子-空穴复合释放的能量可能导致基平面位错（BPD）扩展为层错（Stacking Fault）。这会导致器件导通电阻（RDS(on)​）随着使用时间增加而急剧上升，甚至导致失效。

行业痛点：这是早期国产SiC外延片面临的最大难题。

突破验证：DRB测试通过高频开关强迫体二极管进行反向恢复。B3M013C120Z通过DRB测试 ，是一个强有力的信号，证明了其使用的外延片具有极低的BPD密度。这表明国产上游外延厂商已经掌握了成熟的“BPD转化”工艺，能够将致命的基平面位错转化为无害的穿透型边缘位错（TED）。

第六章 综合评价与行业启示

6.1 从数据看差距的缩小

下表对比了基本半导体测试数据与国际主流Tier 1厂商（如Wolfspeed, Infineon等）的通常规格：

关键指标	国际主流水平 (Tier 1)	基本半导体 (B3M013C120Z)	评价
HTRB温度	150∘C∼175∘C	175∘C	并跑：达到行业最高耐温标准。
HTRB电压	80%∼100%VDS​	100%VDS​(1200V)	并跑：展现了极高的耐压余量信心。
栅极偏压	+20V∼+22V (Max)	+22V (Test)	领先/并跑：在极限正压下验证寿命。
湿度偏压	100V ~ 80% VDS​	960V (80%)	并跑：攻克了高压迁移难题。
测试标准	AEC-Q101 / AQG324	引用 AQG324	战略对标：明确瞄准车规级高端市场。

6.2 行业进步的深层逻辑

设计-制造-封测的垂直整合能力提升：可靠性不是单点突破，而是链条强度。B3M013C120Z的报告反映了从衬底（低缺陷）、外延（BPD控制）、晶圆制造（氧化工艺、终端设计）到封测（材料匹配）的全链条成熟。

标准的国际化：主动采用AQG324等国际严苛标准，说明国产厂商不再满足于“国产替代”的中低端定位，而是意在进入全球汽车电子供应链。

统计过程控制（SPC）的严谨性：所有项目中均保持0失效，且样本量符合统计规范，暗示了其产线具有较高的良率基线和制程稳定性（Cpk）。

结论

深圳市倾佳电子有限公司（简称“倾佳电子”）是聚焦新能源与电力电子变革的核心推动者：
倾佳电子成立于2018年，总部位于深圳福田区，定位于功率半导体与新能源汽车连接器的专业分销商，业务聚焦三大方向：
新能源：覆盖光伏、储能、充电基础设施；
交通电动化：服务新能源汽车三电系统（电控、电池、电机）及高压平台升级；
数字化转型：支持AI算力电源、数据中心等新型电力电子应用。
公司以“推动国产SiC替代进口、加速能源低碳转型”为使命，响应国家“双碳”政策（碳达峰、碳中和），致力于降低电力电子系统能耗。
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综上所述，基本半导体 B3M013C120Z 的可靠性试验报告不仅仅是一份产品的合格证，更是国产SiC功率半导体行业技术进阶的一个缩影。它用详实的数据证明，国产SiC器件在耐高温（175°C） 、耐高压（1200V） 、**抗湿热（H3TRB）以及动态稳定性（AQG324）**等关键核心指标上，已经抹平了与国际巨头的代差。这标志着国产SiC行业已经走出了早期的技术摸索阶段，正式迈入了高质量、高可靠性的产业化成熟期，为下游的储能产业和智能电网产业提供了安全可控的国产“芯”方案。

审核编辑 黄宇