IGBT 功率模块常见的失效模式有哪些？

summerhotaaa

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。

---

IGBT的失效模式

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。

1. 过电应力（过压/过流）

IGBT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。

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。

Gate –emitter过压

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。

Collector –emitter过压

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。

! q5 c$ D! W% k

超出反偏安全工作区（RBSOA）

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。

反向恢复二极管(FWD) 超出SOA

典型特征：二极管的阳极区域出现由于熔化产生的洞。

- m: O+ N$ [. R, k% ^6 T

2. 过热损伤：

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。

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

流的痕迹， 如球状焊珠。

' y$ o9 V6 {" i3 ]7 Z

3. 机械损伤：

振动失效：

典型特征：焊线断裂，并伴有焊线熔断。

安装损伤：

典型特征：基板上有机械损伤痕迹，陶瓷基片上出现裂纹。

9 i5 R' ]# X. \2 `4 {

4. 器件本身缺陷：

绝缘失效：

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。

! ]! u) W. L* V% [  |; V

5. 器件老化：

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。

tutututut

过压、机械