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IGBT模塊失效可分為以下三類：

 

電氣應(yīng)力

 

      電氣應(yīng)力失效主要由于過壓、過流直接導(dǎo)致芯片的損壞，其中常見的電氣應(yīng)力失效如下：

 

      IGBT集電極-發(fā)射機(jī)過壓

 

      IGBT門級-發(fā)射極過壓

 

      IGBT過電流脈沖

 

      續(xù)流二極管（FWD）正向過電流

 

      續(xù)流二極管（FWD）過壓（短關(guān)斷脈沖）

 

      IGBT超出反偏安全工作區(qū)

 

熱應(yīng)力

 

      由于過大的熱損耗直接造成芯片的損壞

 

      由于溫度周期導(dǎo)致封裝部材料的熱疲勞

 

機(jī)械應(yīng)力

 

      由于外部環(huán)境 導(dǎo)致芯片、封裝的直接破壞

 

1. IGBT集電極-發(fā)射極過壓 

 

 

      如上圖，失效特征：在IGBT芯片周圍（結(jié)構(gòu)邊沿）出現(xiàn)大范圍的燒毀的痕跡。

 

產(chǎn)生IGBT集電極-發(fā)射極過壓損壞可能原因：

 

      關(guān)斷浪涌過壓

 

      母線電壓上升

 

      控制信號異常

 

      外部浪涌電壓（雷電浪涌等）

 

2. IGBT門級-發(fā)射極過壓

 

 

      如上圖，失效特征：門級bonding線或是集成門極電阻周圍有燒毀的痕跡。

 

產(chǎn)生IGBT門極-發(fā)射極過壓損壞可能的原因：

 

      靜電ESD

 

      柵極驅(qū)動回路異常

 

      柵極振蕩

 

      外部浪涌

 

3. IGBT過電流

 

 

      如上圖，失效特征：bonding線和E極交接處有燒毀的痕跡。

 

      備注：過流在芯片產(chǎn)生的損壞表征，和過流的能量密切相關(guān)，過流的能量越大，燒毀面積越大。

 

產(chǎn)生IGBT過流損壞可能的原因：

 

      過流保護(hù)不工作

 

      串聯(lián)支路短路

 

      輸出短路或者輸出接地

 

4. FWD正向過電流

 

 

      如上圖，失效特征：二極管正向浪涌電流過大，陽極的bonding線和bonding線周圍燒毀嚴(yán)重。

 

5. FWD過壓

 

      在短關(guān)斷脈沖時，F(xiàn)WD反向恢復(fù)時損壞。

 

 

      如上圖，失效特征：在FWD的芯片有源區(qū)發(fā)生損壞。

 

      產(chǎn)生原因如下圖：

 

 

6. IGBT超出反偏安全工作區(qū)

 

 

      如上圖，失效特征：正面芯片出現(xiàn)很明顯的燒熔的洞，側(cè)面可以看到貫穿芯片的洞。

 

產(chǎn)生IGBT超出反偏安全工作區(qū)可能的原因：

 

      CE間過壓

 

      IGBT短路

 

7. IGBT過溫

 

 

      如上圖，失效特征：所有的bonding線被燒熔，大面積的鋁層熔化，同時呈現(xiàn)出典型的熔化冷卻的熔珠。

 

IGBT過溫失效損壞可能的原因：

 

      導(dǎo)通損耗增加

 

      開關(guān)損耗增加

 

      接觸面熱阻增大

 

      外殼溫度上升

 

8. 震動產(chǎn)生的故障

 

 

      注意母排的防震設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要特別留意。

 

9. 陶瓷襯底裂痕

 

 

      如上圖，裂痕環(huán)繞在安裝螺孔周圍，不恰當(dāng)?shù)陌惭b方式導(dǎo)致陶瓷襯底裂開，安裝時需要注意安裝的扭矩和安裝順序。

 

最后介紹下IGBT的存儲條件：

 

      根據(jù)IEC 60721-3-1，class 1K2（最長的存儲的時間不應(yīng)超過2年），推薦的存儲條件如下：