如何提高功率电子模块的可靠性？

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在可预见的将来，功率电子组件的使用将持续不断的增加。任何需要电力变换、转换或控制等功能都需使用各种形式的功率电子组件。如图1所示，功率电子组件广泛应用于各种不同的行业。红色圆圈所代表的是需要使用功率模块的行业，如汽车业（电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等其他轮式汽车）、可再生能源业（光伏逆变器、风力发电机、太阳能电站、卫星太阳能面板）、铁路设施（引擎组件、牵引控制系统）、以及高端马达驱动器。这些功率电子组件一般由多种IGBT（绝缘栅双极晶体管）或功率MOSFET（金属氧化物半导体场效晶体管）组成。

　　图1  功率电子组件的应用。红色圆圈表示需使用大功率模块的行业。在大功率电子行业中，电动汽车、混合动力汽车及其充电站对功率电子组件的需求都有显着增长。（：法国市场调研机构YoleDeveloppement.）

　　可靠性挑战

　　对于使用IGBT或功率MOSFET的用户而言，可靠性是他们关注的首要议题。在这些行业中，产品的高可靠性和长使用寿命尤其重要。用户期望电动车在连续15至20年内不出现任何重大维修问题，而铁路产业则需持续使用至少30年或更久。对于时常派遣维修人员对离岸风力发电机进行维修显然是不可行的，卫星太阳面板甚至需性的使用。热失效是高可靠性无法实现的主要原因。功率循环会使IGBT芯片端产生的热通过模块并散发到周围环境中，其产生的应力及热会破坏模块。焊线可能因疲劳老化的原因而脱落或断裂，甚至进一步恶化导致完全失效。模块的封装内部层次，特别是芯片焊接处会因热-结构应力的作用下而脱层并破裂。在完全失效前，这些模块本可承受上万、甚至数以百万的功率循环次数。

　　那么，我们如何保证这些模块在其应用领域中能持续使用多年并且耐受成千上万次功率循环呢？这不仅仅是功率电子模块供货商的责任，也是相关产业供货商都必须克服的难题，无论是初期零组件供货商，抑或是终产品的代工厂（O E M）都责无旁贷。若所生产的功率模块太早出现损坏的情况，则O E M厂应该为此负担保固、产品召回和声誉受损等损失。

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这些功率电子组件一般由多种IGBT（绝缘栅双极晶体管）或功率MOSFET（金属氧化物半导体场效晶体管）组成。