1、Reliability, Failure Rate & MTBF 可靠性、失效率和 MTBF概念 Page 2 Construction of IGBT module with base plate IGBT模块的基本构造（含基板） Page 3 Wear-out failures IGBT模块的基本构造决定了它的 老化 失效机理 Other failures (climatic stresses, chemical stresses) 其它因 素（如气候变化、化学腐蚀）所造成的老化失效 End of Life: bond wire connections 绑 定线连接老化所造成的使用寿命终结
2、 End of Life: solder connections 焊 接层连接老化所 造成 的 使用 寿 命终结 Destruction of housing / terminals 封 装 /端子的老化所 造成 的 使用 寿 命终结 Page 4 Bond Wire Connection Wear-out Failure 绑定线连接老化失效的典型式样 Bond-wire lift-off (left) and reconstruction of Al metallization (right) 绑 定线脱离（左）和铝金属化层重组（右） Bond-wire heel cracks 绑 定线跟部
3、位置的断裂 Page 5 Solder Connection Wear-out 焊接层（ DCB-基板）的老化 Coefficient of thermal expansion (CTE) 几种材料的热膨胀系数 Fatigue of Solder Connection between DCB and Baseplate 陶 瓷衬底和基板之间焊接层的 老化 衰变 Page 6 Destruction of Housing/Terminals 封装 /端子的老化损坏 Frame/Terminal Cracks (due to Thermal Shock or Vibration) 封装框架 /端子
4、的断裂（热冲击或振动） Page 7 For internal use only Reliability Tests (Standard Industrial Module) 可靠性 测试项目（标准工业级模块） Page 8 For internal use only Failure Criteria in Reliability Test 可靠性测试的失效检验标准 Page 9 For internal use only Power Cycling (PC) Test 可靠性测试之一：功率循环测试 Power Cycling (PC) Stressing the chip/bond wire
5、 system at two different junction temperatures. Test Points of Temperature Swing (for example) : Tj = 50K: TJ1 = 75C, TJ2 = 125C Failure Criteria: An Increased Saturation Voltage of 5% P o w e r C y c l i n g : M e d i u m & H i g h P o w e r M o d u l e s( T j m a x = 1 2 5 C )1 , 0 E + 0 41 , 0 E
6、+ 0 51 , 0 E + 0 61 , 0 E + 0 71 , 0 E + 0 81 , 0 E + 0 91 , 0 E + 1 01 , 0 E + 1 110 100D e l t a T j i n Kn(No.ofCycles)T r a ct i o n M o d u l e sS t a n d a r d M o d u l e sd o t t e d l i n e s: e st i m a t e dPage 10 For internal use only Thermal Cycling (TC) Test 可靠性测试之一：热循环测试 Thermal Cycl
7、ing (TC) Heating up & Cooling down the case (base plate) at two different case temperatures. Test Points of Temperature Swing (for example): Tj = 80K: TC1 = 20C, TC2 = 100C Failure Criteria: An Increased Thermal Resistance of 20% Page 11 Vibration Test 可靠性测试之一：振动测试 m Accerelation 20 m/s in z Frequen
8、cy At resonance point at 601 Hz Duration 45 h, approx. 108 cycles a 1 a 2 a 0 a1 / a2 a0 f Hz Test passed Page 12 For internal use only Failure Rate (FIT: Failures In Time) 失效率（单位： FIT） Component 元器件 Page 13 For internal use only 10.02.2010 Page 13 功率器件的失效原因之一： 宇 宙射线 宇宙射线：由宇宙星体产生、并在辐射过程中衍生出的高能粒子 原生：
9、可能为超新星、恒星体产生，和太阳活动有关 次生：辐射过程中衍生出的核子（质子、中子）、介子和电磁辐射 次生射线可直达地面并覆盖广大区域。 中子破坏功率器件的空间电荷区电场（原子电离反应），造成器件失效。 Page 14 For internal use only 10.02.2010 Page 14 功率器件 的 宇宙射线 失 效 率 ：影响因素 器件阻断状态下承受的电压（ VCE）：电压 ，失效率 （同一器件） DC Stability (IHV): VCE 100 FIT 海 拔高 度：高度 ，失效率 芯 片温度 （结温）：结温 ，失效率 1,E+ 001,E+ 011,E+ 021,E+
10、 031,E+ 041,E+ 051,E+ 061,E+ 071000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500Vol tage VFITFF45 0 R17 M E 4Cosm ic Rad iat ion I n d u ce d Fa il u re Ra tep e r Dev iceRT, s e a l e v e lRT, 4 0 0 0 m1 2 5 C, 4 0 0 0 mAccelerat io n f act o rs f o r co sm ic r ad iat io n sen sit ivit y m ea
11、su remen t sAltitudemA c c e le r a tion fa c tor (s e a l e v e l = 1 )1 10 1001 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 05 0 0 01 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 05 0 0 0AltitudemZ u g s p i t z e : 1 1Z u g s p i t z e : 1 1S 鰈 k n e r Z T K M 6 , 0 6 . 0 5 . 1 9 9 800M o n t B la n c : 3 9M o n t B la n c : 3 9J u n
12、g f r a u jo c h : 1 6J u n g f r a u jo c h : 1 6M 黱 c h e n : 1 . 4M 黱 c h e n : 1 . 4W a r s t e i n : 1 . 2W a r s t e i n : 1 . 2Page 15 For internal use only 英飞凌 功 率器件 的失 效 率 （估算 +统计） Page 16 For internal use only MTBF (Mean Time Between Failures) 平均无故障时间 Equipment 设备 Page 17 For internal use
13、only MTBF (Mean Time Between Failures) 平均无故障时间 Equipment 设备 1 F i t = 1 x 1 0-9h-1 1 f a i l u r e i n 1 0+9o p e r a t i o n h o u r sM T B F c a l c u l a t i o n100 : F IT r a te o f t h e co m p o n e n t a t g i v e n v o l ta g e500 : n u m b e r o f co m p o n e n ts i n t h e a p p l i ca ti
14、o n: tim e o f o p e r a tio n in h o u r s p e r d a y300 : tim e o f o p e r a tio n in d a y s p e r y e a rM T B F = #Page 18 For internal use only An Example of Converter Lifetime Estimation (MTBF) 一个变流器 MTBF寿命估算的例子 5000 Fit MTBF = 109 / 5000 / (24365) = 22.8 (years) Page 19 For internal use only Page 20 For internal use only
