工程師必讀：SiC功率模塊失效真相與改進建議

發(fā)布時間： 2025-03-19 00:00

分享至：

SiC半橋模塊作為新一代功率半導體器件，在電力電子產業(yè)中發(fā)揮著重要作用。它憑借高耐壓、低損耗、高效率等特性，顯著提升了電力轉換系統(tǒng)的性能。在新能源汽車、光伏、儲能等領域，SiC半橋模塊的應用有效降低了能耗，提高了系統(tǒng)效率和可靠性。

某SiC半橋模塊在試驗后出現失效，柵極電阻異常降低（10Ω/30Ω，正常為無窮大），DS端短路。現對3pcs NG模塊2個OK模塊進行失效分析，查找其失效原因。

1.外觀&無損檢測

所有模塊外觀未發(fā)現開裂、變形、燒焦異常。絲印型號等信息有被打磨痕跡，引腳有焊錫殘留，有解焊的痕跡。對3pcs NG模塊進行透視檢查，結果顯示：3pcs NG模塊無損檢測未發(fā)現鍵合絲斷裂、交叉現象，內部未發(fā)現有明顯燒毀現象。

無損檢測

2.IV曲線

NG模塊由上下兩個MOS（T1和T2）組成，其中下MOS管（T2）明顯電學特征異常。

NG1/NG2：下MOS管G-S極短路，D-S極漏電；

NG 3：下MOS管G-D-S極兩兩短路。

IV曲線

3.C-SAM檢測

發(fā)現NG3下MOS區(qū)域存在嚴重分層，結合電學特征，NG3應該出現了嚴重燒毀。其他失效模塊及正常模塊無分層異常，僅OK1模塊C-SAM檢查發(fā)現基板邊緣位置有分層。

C-SAM檢測

4.開封

NG3發(fā)現下MOS管芯片組中最左側的芯片嚴重燒毀。從燒毀形貌分析為過流熱致燒毀。NG1和NG2未發(fā)現下MOS芯片組明顯燒毀。

5.缺陷定位&顯微分析

對開封后未發(fā)現明顯燒毀的NG1和NG2進行缺陷定位，發(fā)現：

NG1缺陷定位顯示左起第5個MOS芯片上有異常熱點。

NG2缺陷定位顯示左起第3個MOS芯片上有異常熱點，柵極串聯(lián)電路上有干擾熱點。

光學/SEM觀察NG1和NG2的MOS芯片異常熱點位置，未發(fā)現明顯異常。

顯微分析

6.去層觀察（以NG1為例）

NG1和NG2的MOS芯片異常熱點位置表面未發(fā)現有明顯異常，故需要觀察襯底。NG1與NG2的失效模式相同，均因柵極過電壓導致?lián)舸室訬G1為例進行詳細分析。

圖片顯示NG1在去層后襯底上對應異常熱點的位置有一個電擊穿孔。

去層觀察

由上述可知NG1的下MOS的GS之間短路是由于柵介質層被電擊穿所致。因MOS管的柵極對過電壓敏感，推斷NG1和NG2是由于下MOS柵極有發(fā)生了過電壓。該過電壓可能是ESD，也有可能是異常的浪涌電壓。

7.總結

NG3下MOS管的一個芯片因過流熱致燒毀而G、D、S兩兩短路失效。

NG1和NG2下MOS因柵極過電壓擊穿而GS短路失效。

8.建議

1）對于過電流熱致燒毀，需要改善散熱；

2）對于柵極過電壓擊穿，建議做好ESD防護和柵極浪涌電壓抑制。

上一條：同樣的焊料，為何我的IMC層又失效？

下一條：看圖識故障：這些失效模式你見過幾個？

相關案例

趕緊對照自查！歐盟REACH 253項SVHC清單+附件XVII限制物質，文末直接下載！

本期是REACH法規(guī)解讀的下篇，重點講實操——從SVHC253項"高危名單"、0.1%閾值怎么算、通報噸位又該怎么算，到附件XVII最新雷區(qū)和企業(yè)合規(guī)路線圖，全盤托出。

ACF膠"分層發(fā)白"背后：車載屏高溫測試后的“致命”腐蝕

某型號車載顯示屏經 70℃通電恒溫測試后，ACF 膠區(qū)域出現明顯分層發(fā)白現象。車載電子產品對高溫耐受、抗振動、長期使用壽命均有嚴苛強制要求，70℃僅為輕度測試條件，未達到車載嚴苛加速標準。

國標未設限的甲酰胺，REACH已經盯了十幾年！253項SVHC，你的產品過關了嗎？

本期文章，先幫大家把REACH法規(guī)的底層邏輯理清楚：什么是REACH法規(guī)？法規(guī)目的是什么？管控范圍有哪些？豁免范圍有哪些？核心的“四大支柱”——注冊、評估、授權、限制，分別是什么意思？搞清楚這些，后面再聊SVHC怎么查、附件XVII怎么避開，才有根基。

NBR密封墊在油里泡著泡著，配方就變了...

某款以丁腈橡膠（NBR）為基材的密封墊，在TH15液壓油中浸泡后出現了漏油，而接觸Brayco 795潤滑油的同款密封墊，卻完好無損。

金屬部件為何“起泡”又“剝皮”？——金屬腐蝕失效分析

某固定軸組件在服役一段時間后，拆解檢查時發(fā)現端面、軸桿以及與之裝配的扭簧表面均出現了明顯的紅褐色銹蝕產物，扭簧上的腐蝕產物堆積嚴重，局部鍍層鼓起、開裂，甚至整片剝落。

屏幕邊緣為何“發(fā)白”？警惕這種高溫高濕環(huán)境！

一批出廠約兩年的汽車顯示屏，在高溫高濕倉儲環(huán)境下突然"亮紅燈"——邊緣區(qū)域出現"發(fā)白"現象。客戶反饋，400余臺露天存放的產品中，有42臺出現同類失效，失效比例超過10%。是OCA光學膠的濕熱老化？還是偏光片耐候性設計余量不足？若不能精準定位失效根因，不僅會降低用戶行車體驗，更可能引發(fā)車規(guī)級產品的批量召回風險。