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=125CFailureCriteria: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=100CFailureCriteria: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：宇宙射线射过程中衍生出的核子（质子、中子）、介子和电磁辐射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)