パワーデバイスのHAST試験について解説

パワーデバイスは、電気自動車や鉄道、太陽光発電などに利用されている半導体です。製品の信頼性を評価するために、HAST試験が実施されています。ここでは、パワーデバイスがHAST試験を必要とする理由やHAST試験のポイントを解説します。

パワーデバイスのHAST試験の必要性

電気自動車やプラグインハイブリッド自動車などの普及を受けて、インバーターの高効率化などに用いられるパワーデバイスの需要が高まっています。同時に、製品の信頼性に対する要求も厳しくなっています。

パワーデバイスのトラブルは製品全体のシステム停止や重大な事故に関わるため、出荷前にHAST試験を実施して耐湿性や絶縁性を評価しておく必要があります。HAST試験は、高温・高湿環境で電圧をかけて老化プロセスを加速させ、短時間で製品の信頼性を評価する試験であり、パワーデバイスを含む半導体全般で用いられています。

パワーデバイスが高温・高湿の環境にさらされたときに発生する主なリスクは、以下の通りです。

• 絶縁リーク電流の増加
• ゲート絶縁膜の破壊
• イオンマイグレーションの発生

HAST試験を実施することで、こうしたパワーデバイス特有の劣化状況の推移を確認し、潜在的な弱点を洗い出すことができます。

パワーデバイスのHAST試験のポイント

試験装置または試験施設の選定

HAST試験装置によって、安全に対応できる印加電圧の上限は異なります。MOSFETやIGBTなどのパワーデバイスは非常に高い電圧を扱うため、一般的な半導体向けの装置ではなく、1,000V〜2,000Vクラスの高電圧印加に対応した装置が求められます。

自社で装置を導入する場合も、外部の試験施設に依頼する場合も、評価したいデバイスの要求電圧をカバーできる環境を選択することが重要です。

試験条件の設定

試験条件は、対象となるデバイスや用途に応じて業界規格に従って設定します。パワーデバイスの評価において代表的な規格は以下の通りです。

• JESD22-A110（半導体全般の基本規格）
• AEC-Q101（車載用ディスクリート半導体の規格）
• AQG 324（車載向けパワーモジュールの規格）

これらの規格に基づき、「温度110±2℃」「相対湿度85±5％RH」などの高温高湿条件を設定します。

パワーデバイス特有の注意点として、高電圧を印加した際の自己発熱が挙げられます。

デバイス自身が発熱すると表面の湿度が下がり、正しい耐湿性の評価ができなくなるため、発熱を考慮した条件設定のノウハウが求められます。

リアルタイムのモニタリング

HAST試験中にリアルタイムでモニタリングすると、劣化状況の推移を把握できます。「いつ・どのように劣化したか」を確認できる点がメリットです。また、試験条件やセンサーなどの異常を早期に発見し、トラブルに素早く対応することも可能になります。

カスタマイズへの対応

HAST試験を受託している施設や装置メーカーの中には、さまざまなカスタマイズに対応しているところがあります。パワーデバイスは形状や要求される耐圧が多様なため、標準的なテスト基板や治具では放電が起きてしまい、うまく評価ができないケースも少なくありません。

一般的なHAST試験の範囲で評価が難しい製品の場合は、専用治具の作成や規格外の特殊な印加電圧・温度域へのカスタマイズを相談できる委託先を選定しましょう。

パワーデバイスのHAST試験装置を検討しよう

パワーデバイスのHAST試験は、高温・高湿環境で電圧を加えて劣化を加速させ、製品の信頼性を評価する試験です。高温・高湿環境下では絶縁リーク電流増加などのリスクがあるため、HAST試験を実施して耐湿性や絶縁性を評価することが大切です。HAST試験の装置や委託先を選定する場合は、試験条件やモニタリング、カスタマイズなどに注意しましょう。

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引用元：IMV公式HP
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IMV公式HP
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