igbt器件基本失效模式及機理

目前，國內外對于igbt器件失效的研究眾多，主要從兩方面入手，一方面是考慮器件自身的工作循環，另一方面是考慮器件的實際工況環境，研究表明igbt失效是由內部工作循環及外部工況同時作用導致的，其失效機理復雜，失效模式主要分為封裝類失效及芯片類失效，如圖2-2所示。

汽車級igbt模塊失效機理

igbt模塊屬于多層封裝結構，各層封裝材料的熱膨脹系數不同。溫度的波動會引起熱膨脹系數不同的各層材料之間的熱失配，從而產生熱應力，其中熱應力集中的部位包括：鍵合線，芯片焊層，底板焊層，見如圖1所示的紅色部位。熱應力不斷的循環累積，首先會使鍵合線和焊接層產生裂紋，終引發鍵合線脫落或焊層大面積分層導致模塊失效。

igbt模塊常用的可靠性測試方法

根據所施加負載的時間函數，它會周期性地加熱和冷卻，因此結構中的熱-機械應力會相應升高和松弛。溫度循環和功率循環是兩種不同的方法，都試圖模仿這種周期性負載。

igbt結構中可能的失效機理

 在半導體封裝中，有許多不同的材料，并且材料之間是大表面接觸的。下圖顯示了普通igbt模塊的結構。在溫度變化的情況下，具有不同熱膨脹系數（CoefficientofThermalExpansion）的接觸材料會承受明顯的熱-機械應力。產生的熱-機械應力的大小與溫度變化和接觸表面的面積成正比。

新能源汽車用igbt的溫度、濕度、振動、沖擊試驗

《2019中國igbt產業發展及市場報告》顯示，2018年中國igbt市場規模預計為153億人民幣，相較2017年同比增長19.91%。受益于新能源汽車和工業領域的需求大幅增加，中國igbt市場規模將持續增長，到2025年，中國igbt市場規模將達到522億人民幣，年復合增長率達19.11%。