工程師必讀：SiC功率模塊失效真相與改進建議

發布時間： 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，在電力電子產業中發揮著重要作用。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模塊無損檢測未發現鍵合絲斷裂、交叉現象，內部未發現有明顯燒毀現象。

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

發現NG3下MOS區域存在嚴重分層，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檢查發現基板邊緣位置有分層。

C-SAM檢測

4.開封

NG3發現下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

對開封后未發現明顯燒毀的NG1和NG2進行缺陷定位，發現：

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擊穿，故以NG1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

一擦就翻車！屏幕玻璃為何“談酒精色變”？

某批次玻璃擦拭后，表面出現明顯的發白異色區域，甚至還有擦不掉的顆粒狀殘留。另一批次玻璃，同樣操作，干干凈凈，毫無痕跡。同樣的酒精、同樣的無塵紙、同樣的擦拭手法，為什么結果截然不同？是玻璃自身的問題，還是表面處理工藝出了偏差？美信檢測實驗室對NG樣品進行系統化分析流程，逐層拆解失效鏈條，精準鎖定根本原因。

藍牙、WIFI斷連，PCB內部盲孔開裂竟是元兇！

某車載藍牙模組在客戶端老化測試中，突然出現批量功能失效——藍牙打不開、WiFi連不上。產線良率一度下滑，交付壓力驟增。工程師第一時間進行了常規“體檢”：外觀無漏件、錯件，引腳無連錫、虛焊；拆開屏蔽罩，芯片表面也無磕碰、開裂。所有常規指標都在正常范圍內——但模組就是"罷工"了。問題到底藏在哪？

300小時臺架試驗就穩了？噴嘴焊縫從根部開裂，隱患已經埋下

某產品噴嘴已在臺架上連續承受300h的高溫高壓交替沖擊，考核臨近終點，然而，系統突然報警——拆檢發現：噴嘴噴射角度嚴重偏離，霧化功能完全喪失。進一步拆解確認：內部導流片從焊縫處斷裂，溶液沿裂紋直接泄漏，導致噴射結構失穩。

正常、微黃、很黃：屏幕色差呈三級梯度分布，失效根因何在？

某廠商一款5.5寸顯示屏，點亮后下半部分明顯發黃，而上半部分顯示正常，經初步排查，疑點鎖定在核心光學部件——導光板。

SMT掉件反復排查爐溫無果？警惕鍍鎳PAD的"雙層IMC陷阱"

某電子制造企業反饋，一批板子在SMT制程后發生PAD整片脫落。更反常的是：將異常樣品二次做沾錫測試，可焊性依然不佳；可初步成分分析卻顯示"未見明顯異常"。

為什么偏偏這個PTH孔不上錫？90%的人查錯了方向！

波峰焊后，PTH里的焊錫像"水珠打在荷葉上"——焊錫無法沿孔壁爬升，這就是行業常說的PTH焊點上錫不良。