随着电力电子技术的快速发展，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为现代功率电子系统的核心器件，已广泛应用于新能源发电、电动汽车、工业变频等领域。然而，IGBT器件在复杂工况下的可靠性问题日益突出，其失效不仅会导致设备?；?，还可能引发严重的安全事故。

本文科准测控小编将详细介绍IGBT?？?/span>失效分析的原理、测试标准、仪器配置及操作流程，为行业同仁提供技术参考，助力提升功率器件的可靠性设计与故障诊断水平。

一、IGBT失效分析原理

1、 IGBT典型失效机理

IGBT器件的失效主要可分为以下几类：

键合线失效：包括键合线脱落、断裂、颈部断裂等，主要由热机械应力引起

焊接层失效：芯片与DBC基板间的焊接层空洞、剥离、热疲劳裂纹

栅极结构失效：栅氧层击穿、栅极金属迁移

芯片本体失效：闩锁效应、热击穿、宇宙射线引发的单粒子烧毁

2、推拉力测试原理

推拉力测试通过施加精确控制的机械力来评估器件内部互连结构的机械强度：

拉力测试：垂直方向施加拉力，评估键合线与芯片/引线框架间的结合强度

推力测试：水平方向施加推力，评估芯片与基板间焊接层的抗剪切能力

失效判据为界面分离时的临界力值，该力值与材料特性、工艺质量直接相关。

二、测试标准

1、 国际通用标准

MIL-STD-883 Method 2011：微电子器件键合强度测试方法

JESD22-B116：wire bond shear test标准

IPC-9701：表面安装器件机械性能测试

IEC 60749-19：半导体器件机械和气候试验方法

2、行业通用参数

三、检测设备

1、Alpha W260推拉力测试机

Alpha W260推拉力测试机是专为微电子封装可靠性测试设计的高精度设备，特别适合红外探测器芯片的测试需求：

1、设备特点

高精度：全量程采用自主研发的高精度数据采集系统，确保测试数据的准确性。

功能性：支持多种测试模式，如晶片推力测试、金球推力测试、金线拉力测试以及剪切力测试等。

操作便捷：配备专用软件，操作简单，支持多种数据输出格式，能够wan美匹配工厂的SPC网络系统。

2、多功能测试能力

支持拉力/剪切/推力测试

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3、智能化操作

自动数据采集

SPC统计分析

一键报告生成

4、安全可靠设计

独立安全限位

自动模组识别

防误撞?；?/span>

5、夹具系统

多种规格的剪切工具（适用于不同尺寸焊球）

钩型拉力夹具

定制化夹具解决方案

四、IGBT失效分析流程

步骤一、前期准备

1、样品信息收集

器件型号、批次信息

失效现象描述(电参数异常、外观异常等)

使用历史(工作时间、环境条件等)

2、无损检测

X-ray检测焊接层空洞

超声波扫描内部结构

红外热像仪定位热点

步骤二、推拉力测试流程

1、样品固定

使用专用夹具固定DBC基板

确保测试平面与施力方向平行

显微镜下确认测试位置

2、参数设置

根据键合线直径设置测试速度(通常0.1-0.5mm/s)

设置触发力为预期失效力的10%

定义数据采集频率(建议≥500Hz)

3、执行测试

自动模式：程序控制完成系列测试点

手动模式：单点精细操作(适用于失效定位)

4、数据分析

提取最大力值、失效位移等关键参数

分析力-位移曲线特征(脆性/韧性失效)

统计同一批次器件的强度分布

5、失效定位

光学显微镜观察失效界面形貌

SEM/EDS分析界面成分变化

FIB制备截面样品观察微观结构

步骤三、典型失效模式判断

1、键合线颈部断裂

力值约为正常值的30-50%

断裂面位于键合球颈部

通常与工艺参数不当有关

2、界面剥离失效

力值突然下降至接近零

残留物主要在一侧界面

表明界面污染或氧化

3、焊接层疲劳

力值呈阶梯式下降

剪切面可见明显裂纹扩展痕迹

与温度循环应力相关

五、案例应用

某车载IGBT?？榕渴Х治觯?/span>

现象：工作3000小时后出现导通电阻异常增大

分析过程：

W260测试显示芯片焊接层剪切力下降40%

力-位移曲线呈现典型疲劳特征

截面分析发现焊料层存在Kirkendall空洞

根本原因：焊料合金比例偏差导致高温下扩散不均

改进措施：优化焊料成分，增加扩散阻挡层

以上就是小编介绍的有关于半导体功率器件 IGBT 故障失效分析的相关内容了，希望可以给大家带来帮助。如果您还对半导体功率器件 IGBT 故障失效分析方法、测试报告和测试项目，推拉力测试机怎么使用视频和图解，使用步骤及注意事项、作业指导书，原理、怎么校准和使用方法视频，推拉力测试仪操作规范、使用方法和测试视频，焊接强度测试仪使用方法和键合拉力测试仪等问题感兴趣，欢迎关注我们，也可以给我们私信和留言?！究谱疾饪亍啃”嘟中蠹曳窒硗评Σ馐曰陲绯氐缱琛⒕г?、硅晶片、IC半导体、BGA元件焊点、ALMP封装、微电子封装、LED封装、TO封装等领域应用中可能遇到的问题及解决方案。