IGBT(绝缘栅双极型晶体管）是由BJT(双极结型晶体三极管)和MOSFET(金属氧化物绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件，典型结构图如图1所示。IGBT既有MOSFET的开关速度高、输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关损耗小的优点，又有BJT导通电压低、通态电流大、损耗小的优点。

图1 IGBT结构示意图[1]

IGBT在电路应用中主要起控制和传输作用，作为一种新型电子器件在高电压，大电流，高速等应用领域具有无法比拟的优势，是国际上公认的电力电子技术第三次革命最具代表性的产品，广泛应用于电机节能，轨道交通，智能电网，航空航天，家用电器，汽车电子，新能源发电，新能源汽车等领域。从图2可以看到，近年来，国内对于IGBT器件的需求持续递增。

图22010-2018年中国IGBT需求量（数据来源：公开资料整理）

基于上述应用领域的广泛性与特殊性，系统对于可靠性的要求必不可缺，因此，IGBT器件的可靠性问题更是重中之重。选用IGBT器件时，除了进行关键参数的测试验证外，还需要通过可靠性试验对器件进行验证。目前国内系统论述IGBT的专著和教材比较少，相关国家标准和行业标准有待进一步的完善，机械和气候试验方法标准主要参考JEDEC，IEC，MIL等国外标准。针对IGBT的组成部位和关键材料开展对应的可靠性试验测试计划能够对IGBT器件可靠性进行更为准确的评价。图3，表1分别为IGBT器件界面示意图与各部分材料的功能展示。

图3 IGBT界面示意图[2]

表1 IGBT器件各部分材料与功能

常见的工业级IGBT可靠性试验包含但不限于以下项目：

（1）HTRB（高温反偏）试验：HTRB试验用于验证稳定情况下IGBT的漏电指标可靠性。HTRB试验主要考核焦点是IGBT芯片边缘结构和钝化层，以及与生产相关的离子污染物。在HTRB试验过程中一般可以监测到漏电流随时间的变化。

（2）HTGB（高温栅极反偏）试验：HTGB试验用于验证在电和热负载下栅极漏电流的稳定性。HTGB试验主要考核的焦点是IGBT的栅极氧化层的完整性及移动离子污染。建议在试验中，持续监测栅极的漏电流和栅极开通电压，若这两项参数超出指定规格，则认为模块将不能通过此项测试。

（3）H3TRB（高温高湿反偏）试验：H3TRB试验用于测试湿度对功率器件长期特性的影响。H3TRB试验的焦点是IGBT的钝化层及芯片表面缺陷，包括整个器件结构中的薄弱环节。值得注意的是，在H3TRB试验后立即测量漏电流有可能出现漏电超标的情况，其原因是大多数模块设计不是完全密封，水汽也可以随着时间到达钝化层，导致试验后漏电超差。因此，可以对器件烘烤2h～24h并恢复常温24h后，再测试器件的漏电流，验证水汽入侵的可能性。

（4）TST（温度冲击）试验：TST试验主要验证IGBT在被动温度变化的情况下对机械应力的抵抗能力。TST试验考核焦点是IGBT模块的封装、基板与DCB间的连接。

（5）TC（温度循环）试验： TC试验用于模拟外界温度变化对IGBT的影响，验证器件或模块的整体结构和材料。尤其是IGBT功率模块由不同的材料组成一个系统，当受热和冷却时，不同材料的热膨胀系数差异大，两种界面在受热或冷却过程中所受的机械应力就越大。TC试验的焦点是IGBT芯片与DCB、DCB与基板之间的连接。

（6）PC（功率循环）试验：功率循环有秒级功率循环（PCsec）和分钟级功率循环（PCmin）两种，测试时通过芯片自身工作电流进行主动加热芯片至目标温度，然后关断电流，冷却到指定温度。秒级功率循环试验主要考核近芯片端连接的可靠性；分钟级功率循环试验主要考核近芯片端和远芯片端连接的可靠性。

（7）Vibration（振动）试验：Vibration试验用来验证机械结构的牢固性和电气连接的稳定性。模拟器件在应用过程中的振动负载，并验证了器件在出现故障模式(如结构脱落和材料疲劳)时的抗振动能力。

综上，每一项可靠性试验项目都有其对应聚焦的失效部位，如表2所示。

表2 试验项目对应失效部位清单

在掌握器件本身结构材料的基础上，明确其失效机理及失效模式，才能开展有效的可靠性评估试验，结合DPA分析等评价手段，能够对IGBT进行更为完善的可靠评价，用以指导器件选型与电路设计，从而提升产品或系统的可靠性。

参考文献：

[1]安德烈亚斯・福尔克, 麦克尔・郝康普, 福尔克,等. IGBT模块:技术、驱动和应用[M]. 机械工业出版社, 2016.

[2]闫美存,张秋. IGBT模块封装可靠性及关键试验分析[J]. 信息技术与标准化, 2020,No.430(10):27-32.

[3]于迪, 史典阳, 任艳,等. 工程用IGBT模块可靠性预计模型探讨[J]. 电子产品可靠性与环境试验, 2015.