電動汽車已經成為許多家庭的代步工具，大家可能想不到，電動汽車行駛需要用到IGBT。IGBT是什么？為什么擁有如此大的能量？
IGBT全稱Insulated Gate Bipolar Transistor，即絕緣柵雙極型晶體管，是一種復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，為世界公認的電力電子第三次技術革命的代表性產品，是工業控制及自動化領域的核心元器件。上個世紀八十年代，IGBT已經出現，發展至今已經經過7次迭代升級。
IGBT具有高頻率、高電壓、大電流、易于開關等優良性能，主要作用是進行交流電和直流電的轉換、電壓高低的轉換，被視為電控系統中的“CPU”。簡單來說，IGBT能夠根據信號指令來調節電路中的電壓、電流、頻率、相位等，好似一個“開關”，實現精準調控。
電動汽車具有高度電氣化的特性，這就有了IGBT應用的“土壤”。IGBT是影響電動汽車性能的核心器件之一，可用于電動汽車的電池管理系統、電動控制系統、空調控制系統、充電系統等，與動力電池電芯一起被業內并稱為電動汽車的“雙芯”。
比如，當IGBT用于電動汽車的電機中時，電動汽車通過電機來驅動車輪行駛，車內電機系統主要包括電動機和逆變器兩部分，而IGBT模塊是逆變器的核心器件，通過調節輸出電能的形式，從而驅動電機，為汽車運行提供動力。
高鐵也會用到IGBT。IGBT模塊是高鐵牽引變流器中的重要部件，通過IGBT模塊的開關，將直流電壓轉換為對稱的、具有可變振幅和頻率的交流電壓，帶動牽引電機運行。
除了汽車、高鐵等交通工具，光伏、風電等新能源發電領域，電視機、洗衣機、空調、冰箱等消費級產品，都在不斷提高電氣化、智能化水平，傳統電網也在加速智能化，這些應用場景都能有IGBT的身影。
IGBT是國家戰略性新興產業，當前正加速國產化。國家持續支持工業半導體材料、芯片、器件、IGBT模塊領域關鍵技術攻關。如工信部在2017年推出“工業強基IGBT器件一條龍應用計劃”，針對新能源汽車、智能電網、軌道交通三大領域，重點支持IGBT設計、芯片制造、模塊生產及IDM、上游材料、生產設備制造等環節，促進IGBT及相關產業的發展。
IGBT性能優良，在工作中承擔“重任”，如果質量不過關，芯片或整個模塊將失去效用或者壽命縮短，這將影響整個器件乃至產品的正常運行。
為了能及時發現IGBT潛藏問題，找出器件隱患，應對IGBT進行可靠性測試，這有助于指導廠商更加深入了解其產品可靠性，從而加快產品開發速度，優化工藝流程，提升產品質量。
在環境與可靠性領域，廣電計量一直致力于走在幫助質量提升的前沿。廣電計量IGBT技術帶頭人江雪晨博士指出，從可靠性分析來說，IGBT模塊常見的失效模式包括芯片失效和模塊老化失效。前者包括過熱、過壓、過電流等因素，如過熱可能是由于環境溫度高，溫度保護點設置不合適、溫度保護不及時，電流過大、器件損耗過高等引起；后者主要是模塊的電極端子、外殼焊接層、芯片鍵合線等部位出現問題。
擁有多年研究和測試經驗的江雪晨表示，不同的失效模式可以通過一些可靠性方法進行評估。比如模塊的焊接層老化失效，可以通過溫度循環、溫度沖擊和功率循環等來判斷。
IGBT測試小分享
1、為什么IGBT會發生退飽和現象？
答：
根據IGBT輸出特性曲線，到一定臨界點后，CE電壓迅速增大，而集電極電流并不隨之增長，這時稱IGBT退出了飽和區。在這個區間內，IGBT損耗增加，發熱嚴重，是需要避免的工作狀態。
退飽和原因：柵極施加一個大于閾值的正壓VGE，則柵極氧化層下方會出現強反型層，形成導電溝道，當CE電壓增大到臨界點，溝道末的電勢隨著VCE而增長，使得柵極和硅表面的電壓差很小，進而不能維持硅表面的強反型，這時溝道出現夾斷現象，電流不再隨CE電壓的增加而成比例增長。
2、濕度對IGBT模塊造成的影響？
答：
濕度對高壓IGBT模塊尤其是殼式封裝來說是十分重要的一個參數，因為其非密封設計且半導體界面（比如鈍化層）存在高壓場強。
機電遷移和鋁腐蝕是濕度引起的功率半導體兩種可能的失效機理。在第一種情況下，可以在芯片鈍化區域檢測到Cu或Ag的枝晶生長。在第二種情況下，場限環區域的鋁金屬鍍層會發生腐蝕。
目前，廣電計量已在IGBT領域持續布局和開展研究，基于歐洲電力電子中心（ECPE）“汽車電力電子模塊認證”工作組發布的AQG 324標準，廣電計量能夠提供一系列的IGBT性能及可靠性測試服務以及相關的技術支持。
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