隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)作為現(xiàn)代功率電子系統(tǒng)的核心器件，已廣泛應(yīng)用于新能源發(fā)電、電動汽車、工業(yè)變頻等領(lǐng)域。然而，IGBT器件在復(fù)雜工況下的可靠性問題日益突出，其失效不僅會導(dǎo)致設(shè)備停機，還可能引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。

本文科準(zhǔn)測控小編將詳細(xì)介紹IGBT模塊失效分析的原理、測試標(biāo)準(zhǔn)、儀器配置及操作流程，為行業(yè)同仁提供技術(shù)參考，助力提升功率器件的可靠性設(shè)計與故障診斷水平。

一、IGBT失效分析原理

1、 IGBT典型失效機理

IGBT器件的失效主要可分為以下幾類：

鍵合線失效：包括鍵合線脫落、斷裂、頸部斷裂等，主要由熱機械應(yīng)力引起

焊接層失效：芯片與DBC基板間的焊接層空洞、剝離、熱疲勞裂紋

柵極結(jié)構(gòu)失效：柵氧層擊穿、柵極金屬遷移

芯片本體失效：閂鎖效應(yīng)、熱擊穿、宇宙射線引發(fā)的單粒子燒毀

2、推拉力測試原理

推拉力測試通過施加精確控制的機械力來評估器件內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的機械強度：

拉力測試：垂直方向施加拉力，評估鍵合線與芯片/引線框架間的結(jié)合強度

推力測試：水平方向施加推力，評估芯片與基板間焊接層的抗剪切能力

失效判據(jù)為界面分離時的臨界力值，該力值與材料特性、工藝質(zhì)量直接相關(guān)。

二、測試標(biāo)準(zhǔn)

1、 國際通用標(biāo)準(zhǔn)

MIL-STD-883 Method 2011：微電子器件鍵合強度測試方法

JESD22-B116：wire bond shear test標(biāo)準(zhǔn)

IPC-9701：表面安裝器件機械性能測試

IEC 60749-19：半導(dǎo)體器件機械和氣候試驗方法

2、行業(yè)通用參數(shù)

三、檢測設(shè)備

1、Alpha W260推拉力測試機

Alpha W260推拉力測試機是專為微電子封裝可靠性測試設(shè)計的高精度設(shè)備，特別適合紅外探測器芯片的測試需求：

1、設(shè)備特點

高精度：全量程采用自主研發(fā)的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，確保測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

功能性：支持多種測試模式，如晶片推力測試、金球推力測試、金線拉力測試以及剪切力測試等。

操作便捷：配備專用軟件，操作簡單，支持多種數(shù)據(jù)輸出格式，能夠wan美匹配工廠的SPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2、多功能測試能力

支持拉力/剪切/推力測試

模塊化設(shè)計靈活配置

3、智能化操作

自動數(shù)據(jù)采集

SPC統(tǒng)計分析

一鍵報告生成

4、安全可靠設(shè)計

獨立安全限位

自動模組識別

防誤撞保護

5、夾具系統(tǒng)

多種規(guī)格的剪切工具（適用于不同尺寸焊球）

鉤型拉力夾具

定制化夾具解決方案

四、IGBT失效分析流程

步驟一、前期準(zhǔn)備

1、樣品信息收集

器件型號、批次信息

失效現(xiàn)象描述(電參數(shù)異常、外觀異常等)

使用歷史(工作時間、環(huán)境條件等)

2、無損檢測

X-ray檢測焊接層空洞

超聲波掃描內(nèi)部結(jié)構(gòu)

紅外熱像儀定位熱點

步驟二、推拉力測試流程

1、樣品固定

使用專用夾具固定DBC基板

確保測試平面與施力方向平行

顯微鏡下確認(rèn)測試位置

2、參數(shù)設(shè)置

根據(jù)鍵合線直徑設(shè)置測試速度(通常0.1-0.5mm/s)

設(shè)置觸發(fā)力為預(yù)期失效力的10%

定義數(shù)據(jù)采集頻率(建議≥500Hz)

3、執(zhí)行測試

自動模式：程序控制完成系列測試點

手動模式：單點精細(xì)操作(適用于失效定位)

4、數(shù)據(jù)分析

提取最大力值、失效位移等關(guān)鍵參數(shù)

分析力-位移曲線特征(脆性/韌性失效)

統(tǒng)計同一批次器件的強度分布

5、失效定位

光學(xué)顯微鏡觀察失效界面形貌

SEM/EDS分析界面成分變化

FIB制備截面樣品觀察微觀結(jié)構(gòu)

步驟三、典型失效模式判斷

1、鍵合線頸部斷裂

力值約為正常值的30-50%

斷裂面位于鍵合球頸部

通常與工藝參數(shù)不當(dāng)有關(guān)

2、界面剝離失效

力值突然下降至接近零

殘留物主要在一側(cè)界面

表明界面污染或氧化

3、焊接層疲勞

力值呈階梯式下降

剪切面可見明顯裂紋擴展痕跡

與溫度循環(huán)應(yīng)力相關(guān)

五、案例應(yīng)用

某車載IGBT模塊批量失效分析：

現(xiàn)象：工作3000小時后出現(xiàn)導(dǎo)通電阻異常增大

分析過程：

W260測試顯示芯片焊接層剪切力下降40%

力-位移曲線呈現(xiàn)典型疲勞特征

截面分析發(fā)現(xiàn)焊料層存在Kirkendall空洞

根本原因：焊料合金比例偏差導(dǎo)致高溫下擴散不均

改進(jìn)措施：優(yōu)化焊料成分，增加擴散阻擋層

以上就是小編介紹的有關(guān)于半導(dǎo)體功率器件 IGBT 故障失效分析的相關(guān)內(nèi)容了，希望可以給大家?guī)韼椭?。如果您還對半導(dǎo)體功率器件 IGBT 故障失效分析方法、測試報告和測試項目，推拉力測試機怎么使用視頻和圖解，使用步驟及注意事項、作業(yè)指導(dǎo)書，原理、怎么校準(zhǔn)和使用方法視頻，推拉力測試儀操作規(guī)范、使用方法和測試視頻，焊接強度測試儀使用方法和鍵合拉力測試儀等問題感興趣，歡迎關(guān)注我們，也可以給我們私信和留言?！究茰?zhǔn)測控】小編將持續(xù)為大家分享推拉力測試機在鋰電池電阻、晶圓、硅晶片、IC半導(dǎo)體、BGA元件焊點、ALMP封裝、微電子封裝、LED封裝、TO封裝等領(lǐng)域應(yīng)用中可能遇到的問題及解決方案。