IGBT模块失效，可能不是突然发生

在新能源汽车、轨道交通、电力能源及工业控制等领域，IGBT模块作为重要的功率半导体模块，承担着电能转换与控制任务。随着应用工况不断升级，模块不仅需要具备优异的电气性能，更需要长期保持稳定可靠。

很多情况下，IGBT模块的失效并非毫无征兆。

在性能下降或故障发生之前，内部连接结构可能已经出现难以通过外观发现的潜在风险。

失效之前，内部可能已经出现变化

可靠性工程中，通常采用浴盆曲线描述产品在全寿命周期内失效率随时间变化的典型规律，一般可分为早期失效期、偶然失效期和磨损失效期。

车规级IGBT模块浴盆曲线图

对于车规级IGBT模块而言，早期失效可能与材料缺陷、工艺波动及封装异常有关；进入稳定运行阶段后，模块仍可能受到过压、过流、热冲击及外部环境变化等因素影响；随着服役时间增加，焊层疲劳、界面退化及材料老化等问题也可能逐渐显现。

这意味着，IGBT模块的可靠性风险可能贯穿整个寿命周期。部分内部异常在初期并不会直接表现为功能失效，但在长期温度循环、电流变化及机械应力作用下，可能持续发展，并进一步影响模块的散热性能、结构稳定性和长期可靠性。

IGBT模块通常由芯片、钎焊层、DBC基板及封装结构等部分组成，不同材料之间通过多个连接界面形成完整模块。在制造和服役过程中，内部连接区域可能出现空洞、分层、未结合及界面退化等异常。

因此，在模块性能下降或故障发生之前，对其内部结构进行检测与可靠性评估，有助于识别潜在风险，并为后续失效分析、工艺优化和质量改进提供依据。

IGBT模块C扫图

IGBT模块波形图

从波形图看，黄色箭头所指是缺陷为分层缺陷。红色箭头所指的缺陷为塑封料里的气孔。

车规级IGBT模块为什么要求更高

IGBT模块典型功率循环寿命关系图

因此，车规级IGBT模块通常需要按照更加严格的行业规范开展可靠性验证，并结合失效分析（Failure Analysis，FA）和可靠性评估，对模块内部结构状态进行分析，为产品设计验证、工艺优化及质量改进提供依据。

对于车规级IGBT模块而言，钎焊层、DBC基板以及其他关键连接界面的结合质量，将直接影响模块的散热性能、结构稳定性及长期运行寿命。通过超声C扫描进行无损检测，可对模块内部异常区域进行可视化分析，为可靠性评估、失效分析及工艺优化提供可靠的数据支撑。

IGBT模块内部检测缺陷图

如何发现“看不见”的内部问题？

由于IGBT模块采用多层结构设计，许多关键连接区域位于器件内部，传统外观检测难以直接观察内部界面状态。

例如，模块外观完整，并不代表内部焊接层或材料结合区域不存在异常。

针对功率半导体器件内部结构分析需求，Hiwave超声扫描显微镜采用超声C扫描成像技术，对器件内部进行可视化检测。

对AMB陶瓷覆铜板检测

设备兼容1MHz～300MHz频率探头，可根据不同材料及结构特点选择适合的检测方案，对芯片、钎焊层、DBC基板等关键界面的结合状态进行无损检测与分析。

利用超声波在不同材料界面的反射特性，可以观察：

•  芯片与基板之间的结合状态；

•  焊接层区域的异常信号；

•  内部缺陷的位置及分布情况。

相比传统检测方式，超声C扫描能够以图像形式直观呈现器件内部结构，为失效分析、工艺优化及可靠性评价提供更加全面的数据依据。

利用15MHz-2in的探头检测产品内部缺陷

检测结果统计：

区域1：空洞率 1.169%

区域2：空洞率 1.601%

区域3：空洞率 1.870%

区域4：空洞率 0.873%

区域5：空洞率 1.768%

区域6：空洞率 2.881%

其中，区域6空洞率*高，区域4空洞率*低。

从发现问题，到优化制造过程

发现缺陷，并不是无损检测的*终目的。

真正的价值，在于通过内部结构信息，帮助企业理解缺陷形成原因，并持续优化制造工艺。

对于IGBT模块而言，超声C扫描图像不仅能够定位异常区域，还能够结合不同批次产品的检测结果，对封装工艺、焊接质量以及材料结合状态进行对比分析，为研发验证、工艺优化和质量改善提供可靠依据。

Hiwave超声扫描显微镜具备1000mm×700mm×150mm有效扫描范围，能够满足不同尺寸功率器件及封装结构的内部检测需求。从研发验证到失效分析，再到工艺改进，帮助企业建立更加完善的内部质量分析流程，让每一次检测都真正服务于产品可靠性的持续提升。

Hiwave超声扫描显微镜

未来，Hiwave将持续探索超声成像技术，以更直观的内部结构分析、更可靠的数据支撑，助力功率模块可靠性持续提升。

从看见缺陷，到理解结构，从分析问题，到改进制造。