【电子干货】IGBT炸管原因分析

来源：知乎

作者：孟小孟

IGBT爆炸属于失效的一种形象表现。很多时候器件失效是从外表看不出来任何异常的，即使把封装去掉，裸眼去看芯片表面也看不到任何异常的。而爆炸就是很剧烈的一种失效了。

发生爆炸的根本原因还是由于有大量的能量在器件内部瞬间产生。来看看那些原因可以引起过大电流，并引发高能的瞬间产生。

1，过流

2，过压

3，反向偏置失败

4，节温过高

5，模块过温等等

下面详细解释一下爆炸的过程（原理）。

IGBT的简化模型可以认为是一个开关。下图是IGBT模块常用的拓扑结构。包括boost或者buck电路也源自于该拓扑。该拓扑的工作模式是上下桥臂的IGBT模块交替开通和关断。如果下桥臂没有关断而上桥臂就打开了，就会造成电容的短路。能量瞬间从回路中释放。而整个回路中阻抗主要集中在IGBT模块中，因此能量在IGBT模块中释放变引起了爆炸。

正常情况下直通的工况是不可能发生的，IGBT驱动也会有死区处理。但是当上管或者下管在恶劣工况下发生上面的原因而导致失效后，IGBT的电气特征往往是直通。而当另外的桥臂IGBT开通后，就会产生桥臂直通的短路。虽然IGBT驱动一般都会有短路保护。但是在恶劣工况下管路保护并不能很好的关断IGBT。因为短路保护关断过程会产生大量的热量导致模块关断失败。进而引发系统的短路产生爆炸。

上面是从系统级来讲的，其实IGBT模块本身的爆炸是一种系统失效现象。是由于模块失效了造成了系统的短路因而引起系统级失效而导致爆炸。

即使是过流失效，一般失效现象时IGBT表面的铝层发生融化现象。也不会剧烈的爆炸。大家如果阅读过半导体厂家给出的失效分析报告多数的失效原因可能是如上所述一些原因，当然还有更多的，比如门门级过压，二极管SOA失效等等。而这样的失效后很多时候驱动会让故障终止，进而避免更加严重的二次失效，爆炸等。良好的退饱和保护就可能很大程度上避免直通引起的爆炸。

比如，反向偏置失效后一般会导致IGBT门级短路并拉低驱动的二次侧电压。引起驱动保护并报警。设计良好的驱动回路就可以保证关闭驱动不至于开通短路，而通过短路保护来避免IGBT的损坏。

下图是一个严重的爆炸失效。模块完全炸毁。但是可以明显看出模块左边IGBT芯片和右边的IGBT芯片的毁坏层度是不一样的。我认为这是一种二次失效。很可能是右侧半桥发生的例如反向偏置失败的失效。当另外半桥开通后，发生短路，而驱动未能很好的保护导致了爆炸。由于后开通的IGBT有一段时间是工作在饱和区因此阻抗较大，发热也较大，会损坏更加严重一些。急剧升温产生严重的爆炸，并导致绑定线全部崩开。

下面列一些IGBT模块常见的失效种类

1，IGBT、DIODE 过流

2，IGBT、DIODE过压

3，IGBT反向偏置失效

4，模块过温等等

5，门极过压

6，DIODE 反向恢复失效

7，正常的寿终正寝。 返回搜狐，查看更多

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