通過前幾期的技術(shù)講座，我們了解了DIPIPM™的發(fā)展歷史、基本結(jié)構(gòu)、內(nèi)置功能以及其與IGBT模塊和IPM智能模塊之間的區(qū)別，并且全面、深入地對產(chǎn)品規(guī)格書中包括電氣特性、熱特性、機(jī)械特性等相關(guān)重要參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)說明。除了選擇參數(shù)合適的器件，器件自身可靠性對系統(tǒng)穩(wěn)定運行也是至關(guān)重要的。高可靠性意味著低失效率，三菱電機(jī)在設(shè)計、制造的各個環(huán)節(jié)通過嚴(yán)格的質(zhì)量控制確保產(chǎn)品的品質(zhì)，并進(jìn)行完善的可靠性測試以確認(rèn)器件可靠性，從而降低產(chǎn)品的失效率。

對于一般的工業(yè)及家電應(yīng)用，通常要求半導(dǎo)體器件的失效率在100FIT（1FIT=1×10^-9/小時）以下。FIT（Failures In Time）定義為10⁹個小時發(fā)生一次故障。同理，10FIT就是10⁸個小時發(fā)生一次故障，100FIT就是10⁷個小時發(fā)生一次故障。

假設(shè)一臺設(shè)備使用器件數(shù)量為200個，運行10⁵個小時，器件失效1個，那么失效率為50FIT。

一般來講，變換器和功率半導(dǎo)體器件的失效率是按照圖1所示的曲線a規(guī)律變化的，包括早期失效期､偶然失效期和磨耗失效期，也即常說的浴盆曲線。

要實現(xiàn)變換器和功率半導(dǎo)體器件的低失效率，在應(yīng)用環(huán)節(jié)，需要根據(jù)實際應(yīng)用情況對半導(dǎo)體器件進(jìn)行合理選型，結(jié)合其工作條件進(jìn)行詳細(xì)評估，對變換器成品進(jìn)行可靠性測試來保證變換器和功率半導(dǎo)體器件在實際使用過程中達(dá)到設(shè)計壽命。而作為功率半導(dǎo)體器件制造商，三菱電機(jī)會對每一款DIPIPM™進(jìn)行詳細(xì)的可靠性測試，以確保產(chǎn)品能夠在實際變換器中可靠性地工作。下面的內(nèi)容將針對三菱電機(jī)DIPIPM™可靠性測試項目進(jìn)行詳細(xì)介紹。

DIPIPM™的可靠性與其封裝結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。圖2是以超小型DIPIPM™封裝為例，對DIPIPM™產(chǎn)品相關(guān)的可靠性項目及其關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。

DIPIPM™外部管腳由于需要直接與PCB板連接，既考慮其在焊接過程中的可焊性及焊錫耐熱性，也需要考慮在安裝及使用過程中的管腳強(qiáng)度、擰緊扭矩強(qiáng)度及抗振動性等機(jī)械特性，對此會有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)測試來對這些性能進(jìn)行驗證。

DIPIPM™整體由樹脂壓注模封裝而成，需要考慮在不同溫度與濕度下材料特性與模塊電氣特性的變化，一般會從耐濕性、低溫存儲、高溫存儲、高溫反偏壓等不同角度下的異常周圍環(huán)境條件來評估這些變化給芯片或其他部件的特性帶來的變化。

負(fù)載條件的變化會導(dǎo)致DIPIPM™內(nèi)部產(chǎn)生溫度波動，不同材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）不同，這會導(dǎo)致不同程度熱膨脹，封裝樹脂、綁定線及功率芯片等不同材料以及其相關(guān)結(jié)合部位需要重點考慮熱膨脹帶來的影響。一般情況下熱應(yīng)力過大可能會導(dǎo)致模塊樹脂開裂、層間焊接層龜裂、絕緣性能異常、綁定線及芯片異常等。為了最大程度地降低不同材料層的熱膨脹引起的應(yīng)力，應(yīng)盡可能選擇熱膨脹系數(shù)接近的材料。功率循環(huán)測試評價重點是綁定線與芯片之間的鍵合部位在熱應(yīng)力下發(fā)生的熱疲勞，而熱循環(huán)測試考核的則是散熱通道上不同焊接層在熱應(yīng)力下發(fā)生不同程度的膨脹導(dǎo)致層間焊接層剝離的程度，具體測試項目及其測試條件詳見下節(jié)。

三菱電機(jī)半導(dǎo)體器件可靠性測試是基于日本電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會 (JEITA)標(biāo)準(zhǔn)的，對應(yīng)于國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)（IEC標(biāo)準(zhǔn)），典型的DIPIPM™可靠性相關(guān)測試項目及方法具體如表1所示。



在完成可靠性測試后，為了判斷一個DIPIPM™是否失效，我們定義了失效判據(jù)來判定，以SLIMDIP-L失效判據(jù)為例進(jìn)行說明，具體如表2所示。