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标题: 功率模块常见的失效模式有哪些？ [打印本页]
作者: DuBois_1wwe    时间: 2022-3-21 14:01
标题: 功率模块常见的失效模式有哪些？
IGBT属于复合器件，有MOS器件高速开关和低电压驱动特点， 可以承受高电压和大电流，并且关断延迟时间短，在工业控制领域有广泛的应用，比如高频焊接，逆变器，交流电动机调速， 变频器，电动汽车， UPS，智能家电等。但IGBT 容易损坏，在应用时要注意保护。​
, `. h2 Z' |, d2 D7 `  }4 @( s4 r% }IGBT的失效模式​5 Y+ U" w0 [# Z" |/ [. E# _
判断IGBT的失效模式一般是根据失效特征，结合器件的结构，模拟结果等进行判断。​
; g5 c0 B" b, k, ~/ y! U# ~/ o: Y: b7 _# B) y
1. 过电应力（过压/过流）​
9 s# d9 F7 t2 @$ m  A1 ZIGBT运行超出安全工作区，异物引起短路，地线及电源系统产生的电浪涌，烙铁漏电，仪器或测试台接地不当产生感应电浪涌等，都可以引起电过载失效。​4 Y* L7 l1 V( b& {: {
对于静电损伤，不仅有PN结劣化击穿，表面击穿等高电压小电流型失效模式，也有金属化，多晶硅烧毁等大电流模式。​
4 d7 Q3 J. |, l. M* ?
) v7 |0 O4 ^$ e% cGate –emitter过压​
  c5 J0 Q/ k7 L( l% ?8 i2 s: u( A典型特征：芯片表面出现比较浅的熔化区域，或者在栅极的pad附近出现较小的熔化区域，这种过压的原因很可能是ESD损伤，如果熔化烧毁的区域较大，则不是ESD的典型特征。​
' P; w9 `, R3 x. L
2 h8 x6 g: o- [4 }; e1 y$ [; X& `Collector –emitter过压​# b) k8 {; q- l! x1 Z& L8 @- r: S
典型特征：在保护环（guard ring）与IGBT单元之间出现点状熔化区域，或者是在保护环上出现熔化区域。​- O# u# L/ _" c
/ a; ^) b/ T7 ?2 \  G; E
超出反偏安全工作区（RBSOA）​1 ^' A1 B' S, `9 V7 S# ?
典型特征：在芯片表面的IGBT单元上出现一个较深的，由于熔化而产生的洞，一般是由于关断电流过大，或者IGBT在较高的结温下工作而击穿。​' d( L, \* z( |& x- _; o. K

% Q6 X- k/ P: u+ h1 T  e( ]反向恢复二极管(FWD) 超出SOA​
* }& Q0 y( Z' Z& Z, s5 B& x典型特征：二极管的阳极区域出现由于熔化产生的洞。​
! h" b$ E* W0 ?6 x& C: \( T0 m. h; s- H
2. 过热损伤：​
) ]' l. Y1 h0 f2 p超出IGBT 承受范围的温度，导致焊料，芯片表面保护层，以及铝层熔化。​% y7 n/ T0 B: c
典型特征：IGBT上出现较多的分离的，大面积的铝层熔化，芯片下方的焊料有熔融再​
6 Q4 D4 t2 z" |: H. V; P+ d' @流的痕迹， 如球状焊珠。​5 t2 ^. p4 K- z6 f. E) Y
% i+ D2 W' ~- r5 C4 v- w, j
3. 机械损伤：​- [' C  I% W' G
振动失效：​3 p# m; |) |3 n  ~
典型特征：焊线断裂，并伴有焊线熔断。​
# i2 n9 N- k6 h2 |' ~  P安装损伤：​: r- ^7 A0 Q) E8 L  j
典型特征：基板上有机械损伤痕迹，陶瓷基片上出现裂纹。​
5 E) l0 I# B5 i% C
3 C! z4 V+ N$ z% a6 b, Y$ d4. 器件本身缺陷：​: `5 H, J# B% s) m1 a
绝缘失效：​+ O: i* C! S+ h- o7 x2 n4 b
典型特征：在硅胶覆盖的铜基材之间出现跳火痕迹，有可能是由于硫的引入生成硫化铜，通过生长使得相邻的铜材之间短路，降低耐压，最终产生跳火现象。原因可能是器件生产过程中的污染引起。​( g! g' {2 t% r' S& i
, U0 N# W* L$ ]0 Y
5. 器件老化：​
& v' o; r1 t* \典型特征：铝线脱落，焊接区域出现分层，一般是由于器件达到了设计使用寿命极限。; D; A/ J5 |/ n  u+ s0 I

" i; {! M' v7 Q1 E- ?
作者: ononsiiii197    时间: 2022-3-21 14:14
反向恢复二极管(FWD) 超出SOA
% ^6 I6 B. a2 W  |典型特征：二极管的阳极区域出现由于熔化产生的洞。
# x9 m$ k3 h+ J/ ~: B$ M0 i; j应该是阴极更易出现熔洞
作者: Houseefe    时间: 2022-3-21 14:41
终端Guard区域附近不一定是过压失效。有可能也是过流失效。阴极侧的散热情况更好，而阳极侧是铝丝。相比之下，阳极侧更容易出现空洞，还有可能是贯通阳阴极的洞。



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