IGBT模块可靠性失效率及MTBF概念.docx

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IGBT模块可靠性失效率及MTBF概念

IGBT模块可靠性、失效率及MTBF概念

IGBT模块的基本构造（含基板）：

IGBT模块的基本构造决定了它的老化失效机理：

1.绑定线连接老化所造成的使用寿命终结

2.焊接层连接老化所造成的使用寿命终结

3.封装/端子的老化所造成的使用寿命终结

4.其它因素（如气候变化、化学腐蚀）所造成的老化失效

绑定线连接老化失效的典型式样：

焊接层（DCB-基板）的老化：

陶瓷衬底和基板之间焊接层的老化衰变

几种材料的热膨胀系数

封装/端子的老化损坏：

封装框架/端子的断裂（热冲击或振动）

可靠性测试项目（标准工业级模块）：

可靠性测试的失效检验标准：

可靠性测试之一：

功率循环测试：

PowerCycling（PC）

Stressingthechip/bondwiresystemattwodifferentjunctiontemperatures.

TestPointsofTemperatureSwing（forexample）:

Tj=50K:

TJ1=75C,TJ2=125C

FailureCriteria:

AnIncreasedSaturationVoltageof5%

可靠性测试之一：

热循环测试：

ThermalCycling（TC）

Heatingup&Coolingdownthecase（baseplate）attwodifferentcasetemperatures.

TestPointsofTemperatureSwing（forexample）:

Tj=80K:

TC1=20C,TC2=100C

FailureCriteria:

AnIncreasedThermalResistanceof20%

可靠性测试之一：

振动测试：

失效率（单位：

FIT）：

功率器件的失效原因之一：

宇宙射线

宇宙射线：

由宇宙星体产生、并在辐射过程中衍生出的高能粒子

原生：

可能为超新星、恒星体产生，和太阳活动有关

次生：

辐射过程中衍生出的核子（质子、中子）、介子和电磁辐射

次生射线可直达地面并覆盖广大区域。

中子破坏功率器件的空间电荷区电场（原子电离反应），造成器件失效。

功率器件的宇宙射线失效率：

影响因素

器件阻断状态下承受的电压（VCE）：

电压上升，失效率上升（同一器件）

DCStability（IHV）:

VCE@100FIT

海拔高度：

高度上升，失效率增加

芯片温度（结温）：

结温增加，失效率下降

英飞凌功率器件的失效率（估算+统计）：

MTBF（MeanTimeBetweenFailures）平均无故障时间：

一个变流器MTBF寿命估算的例子：

5000FitMTBF=10e9/5000/（24*365）=22.8（years）