CN117235671A - 一种igbt失效分析方法 - Google Patents
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- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及IGBT失效分析技术领域，尤其涉及一种IGBT失效分析方法。所述方法包括以下步骤：获取IGBT器件失效样本；对IGBT器件失效样本进行外观检查和电性能测试处理，对IGBT器件失效样本进行热分析处理，并通过微结构分析技术进行结构缺陷分析处理，以得到相应的分析结果数据；通过故障模式识别技术对相应的分析结果数据进行综合分析处理，得到IGBT故障失效数据；并利用失效关键因素计算公式对IGBT故障失效数据进行关键挖掘处理，得到IGBT失效关键因素，以执行相应的失效修复改进策略。本发明能够准确识别和分析IGBT失效的原因和机制，有助于提高IGBT的质量和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及IGBT失效分析技术领域，尤其涉及一种IGBT失效分析方法。
背景技术
IGBT是一种重要的功率电子器件，在电力电子和工业控制等领域得到广泛应用。然而，由于IGBT在工作过程中承受高电压、高电流和高温等极端环境，容易出现失效和故障。IGBT的失效可能导致系统性能下降、设备损坏甚至危及安全。目前，对于IGBT的失效分析主要依靠实验室的测试设备和经验判断，这种方法费时费力且无法准确判断失效原因。
发明内容
基于此，本发明有必要提供一种IGBT失效分析方法，以解决至少一个上述技术问题。
为实现上述目的，一种IGBT失效分析方法，包括以下步骤：步骤S1：通过在失效的IGBT器件中采集失效样本，以得到IGBT器件失效样本；对IGBT器件失效样本进行外观检查分析处理，得到IGBT外观检查失效分析结果数据；步骤S2：利用电性能测试技术对IGBT器件失效样本进行电性能测试处理，得到IGBT电气参数测试失效分析结果数据，其中电性能测试技术包括静态测试技术和动态测试技术；步骤S3：对IGBT器件失效样本进行热分析处理，得到IGBT热特性失效分析结果数据；步骤S4：通过微结构分析技术对IGBT器件失效样本进行结构缺陷分析处理，得到IGBT微结构缺陷失效分析结果数据；步骤S5：通过故障模式识别技术对IGBT外观检查失效分析结果数据、IGBT电气参数测试失效分析结果数据、IGBT热特性失效分析结果数据和IGBT微结构缺陷失效分析结果数据进行综合分析处理，得到IGBT故障失效数据；并利用失效关键因素计算公式对IGBT故障失效数据进行关键挖掘处理，得到IGBT失效关键因素，以执行相应的失效修复改进策略。
本发明首先对已失效的IGBT器件进行样本采集，能够获取真实且具有代表性的IGBT器件失效样本，为后续的失效分析和修复改进策略提供可靠的基础样本来源。对IGBT器件失效样本进行外观检查分析处理，可以揭示IGBT器件的外观特征和缺陷类型，例如腐蚀、裂纹、氧化等。这些外观检查结果有助于初步确定失效的原因，并为后续的分析提供线索，从而加深对失效机制的理解。其次，通过使用由静态测试技术和动态测试技术组成的电性能测试技术对IGBT器件失效样本进行电性能测试，其中通过使用静态测试技术对IGBT器件失效样本进行静态电气参数测试处理，可以测量IGBT器件失效样本的静态电气参数，如开关特性、漏电流和导通电阻等。这些参数反映了IGBT器件失效样本的静态性能和电气特性，能够为后续的失效分析提供重要的依据。同时，通过使用动态测试技术对IGBT器件失效样本进行动态电气参数测试处理，可以测量IGBT器件失效样本的动态电气参数，如开关速度和功率损耗等参数。开关速度反映了IGBT器件失效样本在开关过程中的响应时间和性能。功率损耗则表示在正常工作条件下，IGBT器件消耗的功率大小。通过动态电气参数的测试，可以获得关于IGBT器件失效样本的详细动态电气数据，能够进一步了解IGBT器件的工作性能和效率。这些电性能测试结果对于评估IGBT器件失效样本的电气性能是否符合规范要求，识别故障类型，分析失效机制以及优化设计具有重要意义。然后，通过对IGBT器件失效样本进行热分析，可以深入了解IGBT器件在工作过程中的热特性和温度分布情况。通过测量温度升高情况、热点位置、温度分布的均匀性等，可以判断是否存在过热引起的故障，并评估散热设计是否合理。热特性失效分析结果数据能够提供详细的温度数据，有助于确定热故障原因，如散热不良、过载等，进一步提高IGBT器件的可靠性和性能。接下来，通过微结构分析技术，可以对IGBT失效样本的内部结构和材料缺陷进行观察和评估。例如，通过光学显微镜、扫描电子显微镜等技术，可以检测金属导线的损坏、封装缺陷等。微结构缺陷分析结果数据提供了关于IGBT器件失效样本的结构特征和缺陷信息，有助于确定由工艺、材料等方面引起的结构问题，为制定修复改进策略提供指导。最后，通过使用故障模式识别技术对外观检查、电性能测试、热分析和微结构分析的结果进行综合分析，可以识别常见的故障模式和趋势。通过综合分析不同数据源的结果，可以找出故障现象之间的关联性和共性，进一步理解故障的机理和规律。并且，通过使用失效关键因素计算公式进行关键挖掘处理，将故障数据转化为关键因素，以确定修复改进策略的重点和顺序。这一综合分析和关键因素挖掘的过程有助于更准确地识别故障失效的根本原因，并提供指导性信息，以实施相应的失效修复改进策略，从而提高IGBT器件的可靠性和性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明IGBT失效分析方法的步骤流程示意图。
图2为图1中步骤S1的详细步骤流程示意图。
图3为图2中步骤S14的详细步骤流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明专利的技术方法进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域所属的技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器方法和/或微控制器方法中实现这些功能实体。
应当理解的是，虽然在这里可能使用了术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。
为实现上述目的，请参阅图1至图3，本发明提供了一种IGBT失效分析方法，所述方法包括以下步骤：步骤S1：通过在失效的IGBT器件中采集失效样本，以得到IGBT器件失效样本；对IGBT器件失效样本进行外观检查分析处理，得到IGBT外观检查失效分析结果数据；步骤S2：利用电性能测试技术对IGBT器件失效样本进行电性能测试处理，得到IGBT电气参数测试失效分析结果数据，其中电性能测试技术包括静态测试技术和动态测试技术；步骤S3：对IGBT器件失效样本进行热分析处理，得到IGBT热特性失效分析结果数据；步骤S4：通过微结构分析技术对IGBT器件失效样本进行结构缺陷分析处理，得到IGBT微结构缺陷失效分析结果数据；步骤S5：通过故障模式识别技术对IGBT外观检查失效分析结果数据、IGBT电气参数测试失效分析结果数据、IGBT热特性失效分析结果数据和IGBT微结构缺陷失效分析结果数据进行综合分析处理，得到IGBT故障失效数据；并利用失效关键因素计算公式对IGBT故障失效数据进行关键挖掘处理，得到IGBT失效关键因素，以执行相应的失效修复改进策略。
本发明实施例中，请参考图1所示，为本发明IGBT失效分析方法的步骤流程示意图，在本实例中，所述IGBT失效分析方法的步骤包括：步骤S1：通过在失效的IGBT器件中采集失效样本，以得到IGBT器件失效样本；对IGBT器件失效样本进行外观检查分析处理，得到IGBT外观检查失效分析结果数据。
本发明实施例通过从失效的IGBT器件中采集最具代表性的失效样本，以得到IGBT器件失效样本。然后，通过使用氧化现象观察技术、腐蚀现象观察技术、引线裂纹观察技术和焊点状态观察技术对IGBT器件失效样本进行外观检查分析处理，以观察IGBT器件失效样本是否存在氧化现象、腐蚀现象、引线裂纹以及焊点状态等数据，最终得到IGBT外观检查失效分析结果数据。步骤S2：利用电性能测试技术对IGBT器件失效样本进行电性能测试处理，得到IGBT电气参数测试失效分析结果数据，其中电性能测试技术包括静态测试技术和动态测试技术。
本发明实施例通过使用由静态测试技术和动态测试技术组成的电性能测试技术对IGBT器件失效样本进行电性能测试处理，其中通过使用静态测试技术对IGBT器件失效样本进行静态电气参数测试处理，以测量IGBT器件失效样本的开关特性、漏电流和导通电阻等静态电气参数，并通过使用动态测试技术对IGBT器件失效样本进行动态电气参数测试处理，以测量IGBT器件失效样本的开关速度和功率损耗等动态电气参数，同时对静态电气参数和动态电气参数进行集成分析处理，最终得到IGBT电气参数测试失效分析结果数据。步骤S3：对IGBT器件失效样本进行热分析处理，得到IGBT热特性失效分析结果数据。
本发明实施例通过对IGBT器件失效样本进行热分析处理，以分析IGBT器件失效样本在工作过程中的热特性和温度分布情况，并探究IGBT器件失效样本热特性失效形成的原因，最终得到IGBT热特性失效分析结果数据。步骤S4：通过微结构分析技术对IGBT器件失效样本进行结构缺陷分析处理，得到IGBT微结构缺陷失效分析结果数据。
本发明实施例通过微结构分析技术使用扫描电子显微镜、透射电子显微镜等设备对IGBT器件失效样本进行结构缺陷分析处理，以识别IGBT器件失效样本潜在的微观缺陷，并观察IGBT器件失效样本的晶体结构、界面连接和接触质量，同时进行金属组织分析、晶体缺陷检测和材料成分分析，以进一步确定IGBT器件失效样本失效的原因，最终得到IGBT微结构缺陷失效分析结果数据。步骤S5：通过故障模式识别技术对IGBT外观检查失效分析结果数据、IGBT电气参数测试失效分析结果数据、IGBT热特性失效分析结果数据和IGBT微结构缺陷失效分析结果数据进行综合分析处理，得到IGBT故障失效数据；并利用失效关键因素计算公式对IGBT故障失效数据进行关键挖掘处理，得到IGBT失效关键因素，以执行相应的失效修复改进策略。
本发明实施例通过使用故障模式识别技术对IGBT外观检查失效分析结果数据、IGBT电气参数测试失效分析结果数据、IGBT热特性失效分析结果数据和IGBT微结构缺陷失效分析结果数据进行综合分析，以识别出共同的失效模式和特征，并确定出故障失效发生的各种可能因素，得到IGBT故障失效数据。然后，通过构建一个合适的失效关键因素计算公式对IGBT故障失效数据进行关键挖掘处理，以识别出对IGBT失效影响最为关键的因素，得到IGBT失效关键因素。最后，根据挖掘得到的IGBT失效关键因素制定相应的失效改进方案以执行相应的失效修复改进策略。
本发明首先对已失效的IGBT器件进行样本采集，能够获取真实且具有代表性的IGBT器件失效样本，为后续的失效分析和修复改进策略提供可靠的基础样本来源。对IGBT器件失效样本进行外观检查分析处理，可以揭示IGBT器件的外观特征和缺陷类型，例如腐蚀、裂纹、氧化等。这些外观检查结果有助于初步确定失效的原因，并为后续的分析提供线索，从而加深对失效机制的理解。其次，通过使用由静态测试技术和动态测试技术组成的电性能测试技术对IGBT器件失效样本进行电性能测试，其中通过使用静态测试技术对IGBT器件失效样本进行静态电气参数测试处理，可以测量IGBT器件失效样本的静态电气参数，如开关特性、漏电流和导通电阻等。这些参数反映了IGBT器件失效样本的静态性能和电气特性，能够为后续的失效分析提供重要的依据。同时，通过使用动态测试技术对IGBT器件失效样本进行动态电气参数测试处理，可以测量IGBT器件失效样本的动态电气参数，如开关速度和功率损耗等参数。开关速度反映了IGBT器件失效样本在开关过程中的响应时间和性能。功率损耗则表示在正常工作条件下，IGBT器件消耗的功率大小。通过动态电气参数的测试，可以获得关于IGBT器件失效样本的详细动态电气数据，能够进一步了解IGBT器件的工作性能和效率。这些电性能测试结果对于评估IGBT器件失效样本的电气性能是否符合规范要求，识别故障类型，分析失效机制以及优化设计具有重要意义。然后，通过对IGBT器件失效样本进行热分析，可以深入了解IGBT器件在工作过程中的热特性和温度分布情况。通过测量温度升高情况、热点位置、温度分布的均匀性等，可以判断是否存在过热引起的故障，并评估散热设计是否合理。热特性失效分析结果数据能够提供详细的温度数据，有助于确定热故障原因，如散热不良、过载等，进一步提高IGBT器件的可靠性和性能。接下来，通过微结构分析技术，可以对IGBT失效样本的内部结构和材料缺陷进行观察和评估。例如，通过光学显微镜、扫描电子显微镜等技术，可以检测金属导线的损坏、封装缺陷等。微结构缺陷分析结果数据提供了关于IGBT器件失效样本的结构特征和缺陷信息，有助于确定由工艺、材料等方面引起的结构问题，为制定修复改进策略提供指导。最后，通过使用故障模式识别技术对外观检查、电性能测试、热分析和微结构分析的结果进行综合分析，可以识别常见的故障模式和趋势。通过综合分析不同数据源的结果，可以找出故障现象之间的关联性和共性，进一步理解故障的机理和规律。并且，通过使用失效关键因素计算公式进行关键挖掘处理，将故障数据转化为关键因素，以确定修复改进策略的重点和顺序。这一综合分析和关键因素挖掘的过程有助于更准确地识别故障失效的根本原因，并提供指导性信息，以实施相应的失效修复改进策略，从而提高IGBT器件的可靠性和性能。
优选地，步骤S1包括以下步骤：步骤S11：通过在失效的IGBT器件中采集待分析样本，以得到IGBT器件待分析样本；步骤S12：利用失效强度计算公式对IGBT器件待分析样本进行失效强度计算处理，得到IGBT器件失效强度值。
其中，失效强度计算公式如下所示：；式中，
为IGBT器件失效强度值，为IGBT器件待分析样本的总使用寿命，为IGBT器件待分析样本
失效强度的调整比例系数，为IGBT器件待分析样本的失效电压，为积分使用寿命变量，
为IGBT器件待分析样本失效强度的衰减变化幂指数，为IGBT器件待分析样本的使用率，
为IGBT器件待分析样本的平均使用寿命，为IGBT器件待分析样本的失效功率，为IGBT
器件失效强度值的修正值；步骤S13：按照从大到小的顺序对IGBT器件失效强度值进行排
序，并选取排名靠前的IGBT器件失效强度值对应的IGBT器件待分析样本作为代表性的失效
样本，以得到IGBT器件失效样本；步骤S14：对IGBT器件失效样本进行外观检查分析处理，得
到IGBT外观检查失效分析结果数据。
作为本发明的一个实施例，参考图2所示，为图1中步骤S1的详细步骤流程示意图，在本实施例中步骤S1包括以下步骤：步骤S11：通过在失效的IGBT器件中采集待分析样本，以得到IGBT器件待分析样本。
本发明实施例通过从失效的IGBT器件中采集相应符合要求的IGBT待分析样本，最终得到IGBT器件待分析样本。步骤S12：利用失效强度计算公式对IGBT器件待分析样本进行失效强度计算处理，得到IGBT器件失效强度值。
本发明实施例通过结合IGBT器件待分析样本的使用寿命、失效强度调整比例系数、失效电压、失效强度衰减变化幂指数、使用率、失效功率以及相关参数构建一个合适的失效强度计算公式对采集得到的IGBT器件待分析样本进行失效强度计算，最终得到IGBT器件失效强度值。
其中，失效强度计算公式如下所示：；式中，为IGBT器件失效强度值，为IGBT器件待分析样本的总使用寿命，为IGBT器件待分析样
本失效强度的调整比例系数，为IGBT器件待分析样本的失效电压，为积分使用寿命变量，为IGBT器件待分析样本失效强度的衰减变化幂指数，为IGBT器件待分析样本的使用率，为IGBT器件待分析样本的平均使用寿命，为IGBT器件待分析样本的失效功率，为IGBT
器件失效强度值的修正值。
本发明构建了一个失效强度计算公式，用于对IGBT器件待分析样本进行失效强度
计算处理，该失效强度计算公式综合考虑了多个因素对失效强度的影响，根据公式，首先计
算IGBT器件待分析样本的失效电压，然后根据积分使用寿命变量的范围从0到进行积
分，使得IGBT器件的失效强度值能够表示整个使用寿命范围内的失效情况，同时，在积分
过程中，表示了失效电压随时间的衰减变化趋势，表示了使用率和平均
使用寿命对失效强度的调节因素，表示了失效功率对时间的变化率。最后，通过添加
修正值对失效强度进行校正。该公式充分考虑了IGBT器件失效强度值，IGBT器件待分析
样本的总使用寿命，IGBT器件待分析样本失效强度的调整比例系数，IGBT器件待分析样
本的失效电压，积分使用寿命变量，IGBT器件待分析样本失效强度的衰减变化幂指数，
IGBT器件待分析样本的使用率，IGBT器件待分析样本的平均使用寿命，IGBT器件待分析
样本的失效功率，IGBT器件失效强度值的修正值，根据IGBT器件失效强度值与以上各
参数之间的相互关联关系构成了一种函数关系，该公式能够实
现对IGBT器件待分析样本的失效强度计算处理过程，同时，通过IGBT器件失效强度值的修
正值的引入可以根据实际情况进行调整，从而提高失效强度计算公式的准确性和适用
性。步骤S13：按照从大到小的顺序对IGBT器件失效强度值进行排序，并选取排名靠前的
IGBT器件失效强度值对应的IGBT器件待分析样本作为代表性的失效样本，以得到IGBT器件
失效样本。
本发明实施例通过按照从大到小的顺序对计算得到的IGBT器件失效强度值进行排序，根据排序结果选择排名靠前的IGBT器件失效强度值对应的IGBT器件待分析样本作为代表性的失效样本，从众多的IGBT器件待分析样本中选取最具代表性的失效样本，最终得到IGBT器件失效样本。步骤S14：对IGBT器件失效样本进行外观检查分析处理，得到IGBT外观检查失效分析结果数据。
本发明实施例通过使用氧化现象观察技术、腐蚀现象观察技术、引线裂纹观察技术和焊点状态观察技术对IGBT器件失效样本进行外观检查分析处理，以观察IGBT器件失效样本是否存在氧化现象、腐蚀现象、引线裂纹以及焊点状态等数据，最终得到IGBT外观检查失效分析结果数据。
本发明首先通过对已失效的IGBT器件进行样本采集，能够获取真实的待分析样本。这样可以获得实际失效情况下的IGBT器件样本，为后续的失效强度计算和外观检查分析提供可靠的基础样本来源。通过采集失效样本，可以确保对失效样本的准确性和代表性，从而提高后续分析结果的可信度。然后，通过使用合适的失效强度计算公式对IGBT器件待分析样本进行失效强度计算处理，能够获得相应IGBT器件失效强度的定量评估值。失效强度值是评估IGBT器件失效程度和预测IGBT器件未来可靠性的关键指标之一。它综合考虑了多个参数，包括失效电压、使用寿命、失效功率等，能够客观反映IGBT器件的失效情况，从而为后续的外观检查分析和决策提供依据。接下来，根据失效强度值的排序结果，选择具有较高失效强度的IGBT器件待分析样本作为代表性失效样本，这些排名靠前的IGBT器件待分析样本具有较高的失效程度，能够较好地代表整体失效样本集合。通过选择代表性的失效样本，可以更好地深入分析失效机制和故障模式，并为后续的外观检查分析提供可靠的样本基础。最后，通过使用氧化现象观察技术、腐蚀现象观察技术、引线裂纹观察技术和焊点状态观察技术对IGBT器件失效样本进行外观检查分析处理，可以获取IGBT器件失效的外观特征和现象的数据，这样能够揭示失效的根本原因和故障模式。通过对失效样本的外观检查分析，可以准确确定失效部位、检测材料老化、识别环境腐蚀等问题，为IGBT器件的修复和改进提供有力的科学依据。
优选地，步骤S14包括以下步骤：步骤S141：利用氧化现象观察技术对IGBT器件失效样本进行氧化观察处理，得到IGBT器件外观氧化检查结果；步骤S142：利用腐蚀现象观察技术对IGBT器件失效样本进行腐蚀观察处理，得到IGBT器件外观腐蚀检查结果；步骤S143：利用引线裂纹观察技术对IGBT器件失效样本进行裂纹观察处理，得到IGBT器件外观裂纹检查结果；步骤S144：利用焊点状态观察技术对IGBT器件失效样本进行焊点观察处理，得到IGBT器件外观焊点状态检查结果；步骤S145：根据预设的外观正常标准对IGBT器件外观氧化检查结果、IGBT器件外观腐蚀检查结果、IGBT器件外观裂纹检查结果和IGBT器件外观焊点状态检查结果进行对比分析处理，得到IGBT外观检查失效分析结果数据。
作为本发明的一个实施例，参考图3所示，为图2中步骤S14的详细步骤流程示意图，在本实施例中步骤S14包括以下步骤：步骤S141：利用氧化现象观察技术对IGBT器件失效样本进行氧化观察处理，得到IGBT器件外观氧化检查结果。
本发明实施例通过使用显微镜观察IGBT器件失效样本表面是否出现氧化现象，如金属部分的表面氧化或生成氧化物，同时记录下观察到的氧化情况，包括程度、位置等信息，最终得到IGBT器件外观氧化检查结果。步骤S142：利用腐蚀现象观察技术对IGBT器件失效样本进行腐蚀观察处理，得到IGBT器件外观腐蚀检查结果。
本发明实施例通过使用显微镜和化学试剂观察检测IGBT器件失效样本表面是否存在腐蚀现象，如金属腐蚀、腐蚀物沉积等，同时记录下观察到的腐蚀情况，最终得到IGBT器件外观腐蚀检查结果。步骤S143：利用引线裂纹观察技术对IGBT器件失效样本进行裂纹观察处理，得到IGBT器件外观裂纹检查结果。
本发明实施例通过使用适当的工具和设备，如显微镜、放大镜等，观察IGBT器件失效样本的引线部分是否存在裂纹现象，并检查引线的外观和形状，寻找可能存在的裂纹或断裂情况，同时记录下观察到的裂纹情况，包括数量、位置等信息，最终得到IGBT器件外观裂纹检查结果。步骤S144：利用焊点状态观察技术对IGBT器件失效样本进行焊点观察处理，得到IGBT器件外观焊点状态检查结果。
本发明实施例通过使用适当的工具和设备，如显微镜、放大镜等，检查焊点的外观和连接情况，以观察焊点处是否存在断裂、熔化、变形或其它相关问题，同时记录下观察到的焊点状态，包括异常情况的描述和位置，最终得到IGBT器件外观焊点状态检查结果。步骤S145：根据预设的外观正常标准对IGBT器件外观氧化检查结果、IGBT器件外观腐蚀检查结果、IGBT器件外观裂纹检查结果和IGBT器件外观焊点状态检查结果进行对比分析处理，得到IGBT外观检查失效分析结果数据。
本发明实施例通过将观察和检查得到的IGBT器件外观氧化、腐蚀、裂纹和焊点状态的检查结果与预设的外观正常标准进行比较和分析，以判断IGBT器件外观是否符合正常工作状态，并根据分析比较结果，确定IGBT外观是否存在异常情况，最终得到IGBT外观检查失效分析结果数据。
本发明首先通过使用氧化现象观察技术对IGBT器件失效样本进行氧化观察处理，通过仔细观察IGBT器件失效样本外观，检查是否存在氧化现象，如表面氧化、金属氧化层等，可以判断IGBT器件是否受到氧化影响。这可以提供关于设备失效和老化的重要线索。通过氧化观察，可以了解IGBT器件是否暴露在氧化环境中，是否存在氧化导致的性能衰退，从而准确确定IGBT器件的氧化情况。其次，通过使用腐蚀现象观察技术对IGBT器件失效样本进行腐蚀观察处理，通过观察IGBT器件失效样本的外观，检查是否存在腐蚀现象，如金属腐蚀、腐蚀物沉积等，可以判断IGBT器件是否受到腐蚀的影响。腐蚀是导致IGBT器件失效的常见因素之一，它可以导致金属部件的损坏、性能衰退和电气连接不良。通过腐蚀观察，可以评估IGBT器件是否受到腐蚀影响，并确定腐蚀程度和类型，为后续的失效分析提供重要依据。然后，通过使用引线裂纹观察技术对IGBT器件失效样本进行裂纹观察处理，通过仔细观察IGBT器件失效样本的引线部分，检查是否存在引线裂纹，包括裂纹的数量、长度、形态等，可以判断IGBT器件是否存在引线裂纹故障。引线裂纹是导致IGBT器件失效的常见问题之一，它可能导致电气连接不良、短路或断路等故障。通过裂纹观察，可以准确评估IGBT器件引线的状态，确定是否存在引线裂纹问题，为IGBT器件失效的原因分析提供重要线索。接下来，通过使用焊点状态观察技术对IGBT器件失效样本进行焊点观察处理，通过观察IGBT器件失效样本的焊点，检查焊点是否存在异常情况，如焊点脱焊、焊点裂纹、焊点间隙等，可以判断焊接质量和焊点的可靠性。焊点是IGBT器件中常用的连接方式，焊接质量直接关系到IGBT器件的可靠性和性能。通过焊点观察，可以评估焊点的质量和状态，确定焊点是否存在故障，为IGBT器件失效的分析提供重要参考。最后，根据预设的外观正常标准，将IGBT器件外观氧化检查结果、腐蚀检查结果、裂纹检查结果和焊点状态检查结果进行对比分析处理，通过与预设的外观正常标准进行对比，可以判断IGBT器件外观是否符合正常工作状态。对比分析可以揭示IGBT器件外观异常的具体情况，如氧化程度、腐蚀程度、裂纹的数量和长度、焊点的质量等。这些分析结果有助于确定失效的主要原因和故障模式，并为后续的修复和改进提供指导。
优选地，步骤S2包括以下步骤：步骤S21：利用静态测试技术对IGBT器件失效样本进行静态电气参数测试处理，得到IGBT静态电气参数测试数据，其中静态测试技术包括开关特性测试技术、漏电流测试技术和导通电阻测试技术。
本发明实施例通过使用由开关特性测试技术、漏电流测试技术和导通电阻测试技术组成的静态测试技术对IGBT器件失效样本进行静态电气参数测试处理，以测试记录并整理开关特性、漏电流和导通电阻等静态电气参数测试结果，最终得到IGBT静态电气参数测试数据。步骤S22：利用动态测试技术对IGBT器件失效样本进行动态电气参数测试处理，得到IGBT动态电气参数测试数据，其中动态测试技术包括开关速度测试计算公式和功率损耗测试计算公式。
本发明实施例通过使用由开关速度测试计算公式和功率损耗测试计算公式组成的动态测试技术对IGBT器件失效样本进行动态电气参数测试处理，以动态测量IGBT器件失效样本在开通和关断状态下的开关速度和功率损耗等参数，最终得到IGBT动态电气参数测试数据，步骤S23：根据预设的电气参数标准数值对IGBT静态电气参数测试数据和IGBT动态电气参数测试数据进行集成评估分析处理，得到IGBT电气参数测试失效分析结果数据。
本发明实施例通过将测试得到的IGBT静态电气参数测试数据和IGBT动态电气参数测试数据与预设的电气参数标准数值进行比较和评估，根据比较评估结果，判断各项电气参数是否满足预设的标准要求。对于测试数据中异常的参数或超出范围的参数，进行详细分析以确定失效的具体原因，如器件损坏、热失控、过电压或过电流等，最终得到IGBT电气参数测试失效分析结果数据。
本发明首先通过使用静态测试技术对IGBT器件失效样本进行静态电气参数测试处理，静态测试技术包括开关特性测试技术、漏电流测试技术和导通电阻测试技术。通过这些测试技术，可以测量IGBT器件失效样本的静态电气参数，如开关特性、漏电流和导通电阻等。这些参数反映了IGBT器件失效样本的静态性能和电气特性，可以帮助确定IGBT器件在正常工作条件下的基本电气特性。通过静态电气参数的测试，可以获得关于IGBT器件失效样本的详细电气数据，为后续的失效分析提供重要的依据。然后，通过使用动态测试技术对IGBT器件失效样本进行动态电气参数测试处理，动态测试技术包括开关速度测试计算公式和功率损耗测试计算公式。通过这些测试技术，可以测量IGBT器件失效样本的动态电气参数，如开关速度和功率损耗等参数。开关速度反映了IGBT器件失效样本在开关过程中的响应时间和性能。功率损耗则表示在正常工作条件下，IGBT器件消耗的功率大小。通过动态电气参数的测试，可以获得关于IGBT器件失效样本的详细动态电气数据，进一步了解IGBT器件的工作性能和效率。最后，根据预设的电气参数标准数值，对IGBT静态电气参数测试数据和IGBT动态电气参数测试数据进行集成评估分析处理，通过与预设标准数值进行比较和分析，可以判断IGBT器件的电气参数是否符合规定的标准要求。这种集成评估分析可以揭示IGBT器件的电气特性是否正常，是否存在失效或异常现象。通过电气参数的评估分析，可以确定IGBT器件的电气失效原因，并进一步为维修、改进或替换提供决策依据。
优选地，步骤S21包括以下步骤：步骤S211：通过开关特性测试技术对IGBT器件失效样本进行开关特性参数测试处理，得到IGBT器件开关特性参数测试数据。
本发明实施例通过开关特性测试技术使用相应的IGBT测试台、电源、电流探头、电压探头等测试设备对IGBT器件失效样本进行开关特性参数测试处理，通过应用适当的电压和电流信号，记录该IGBT器件失效样本在开通和关断时的电流、电压响应以及开通和关断时间等参数数据，最终得到IGBT器件开关特性参数测试数据。步骤S212：通过漏电流测试技术对IGBT器件失效样本进行漏电流参数测试处理，得到IGBT器件漏电流参数测试数据。
本发明实施例通过漏电流测试技术使用漏电流测试仪器对IGBT器件失效样本进行漏电流测试，以测量该IGBT器件失效样本在断开状态下的漏电流，并通过施加适当的电压并记录相应的电流值，以评估漏电流水平是否在正常范围内，同时记录每次漏电流测试施加的电压、测量的漏电流值等参数数据，最终得到IGBT器件漏电流参数测试数据。步骤S213：通过导通电阻测试技术对IGBT器件失效样本进行导通电阻参数测试处理，得到IGBT器件导通电阻参数测试数据。
本发明实施例通过导通电阻测试技术使用导通电阻测试仪器对IGBT器件失效样本进行导通电阻测试，测量该IGBT器件失效样本在通电状态下的导通电阻，并通过施加适当的电压并记录相应的电流值，以评估导通电阻是否在正常范围内，同时记录每次导通电阻测试施加的电压、测量的电流值等参数数据，最终得到IGBT器件导通电阻参数测试数据。步骤S214：对IGBT器件开关特性参数测试数据、IGBT器件漏电流参数测试数据和IGBT器件导通电阻参数测试数据进行集成分析处理，得到IGBT静态电气参数测试数据。
本发明实施例通过对IGBT器件开关特性参数测试数据、IGBT器件漏电流参数测试数据和IGBT器件导通电阻参数测试数据进行集成分析处理，以深入分析开关特性、漏电情况和导通状态下的电阻变化之间的相互关系，并确定可能的失效原因，最终得到IGBT静态电气参数测试数据。
本发明首先通过使用开关特性测试技术对IGBT器件失效样本进行开关特性参数测试处理，开关特性是指IGBT元件在开关过程中的响应时间和开关损耗等参数，可以深入了解其在开关过程中的行为，这些数据提供了准确的指标，用以评估IGBT器件的开关能力、动态响应和可靠性。通过对IGBT器件失效样本进行开关特性测试处理，可以获取高质量的开关特性参数测试数据，为IGBT器件的性能分析、故障诊断和可靠性评估提供重要的依据。然后，通过使用漏电流测试技术对IGBT器件失效样本进行漏电流参数测试处理，漏电流是衡量IGBT器件绝缘状况和能效的重要指标之一。通过准确测量IGBT器件在关断状态下的漏电流大小，可以判断IGBT器件是否存在漏电问题，并评估漏电流的大小及其对IGBT器件性能的影响。漏电流参数测试数据提供了重要的参考意见，可用于评估IGBT器件的绝缘状况、故障检测和保护机制效能。通过对IGBT器件失效样本进行漏电流参数测试处理，可以获得详细、准确的漏电流数据，为IGBT器件的故障修复改进工作提供关键依据。接下来，通过使用导通电阻测试技术对IGBT器件失效样本进行导通电阻参数测试处理，导通电阻是衡量IGBT器件导通状态下电阻变化和效率的重要指标之一。通过准确测量IGBT器件在导通状态下的电阻大小，可以了解IGBT器件导通过程中的性能变化和功耗特性。导通电阻参数测试数据提供了重要的参考信息，可用于IGBT器件效能评估、散热系统设计和功耗优化。通过对IGBT器件失效样本进行导通电阻参数测试处理，可以获得详细、准确的导通电阻数据，从而为IGBT器件的电气特性分析和可靠性评估提供关键依据。最后，通过对IGBT器件开关特性参数测试数据、IGBT器件漏电流参数测试数据和IGBT器件导通电阻参数测试数据进行集成分析处理，可以综合考虑各个参数的数值和相互关系，全面评估IGBT器件的静态电气特性。通过综合分析这些参数数据，可以深入理解开关特性、漏电情况和导通状态下的电阻变化之间的相互关系，有助于揭示IGBT器件性能的潜在问题、失效机制和改进方向，从而为后续的失效修复改进处理提供基础数据来源。
优选地，步骤S22包括以下步骤：步骤S221：利用开关速度测试计算公式对IGBT器件失效样本进行开关速度参数测试处理，得到IGBT器件开关速度参数测试数据。
本发明实施例通过结合开关速度参数测试采样时间、IGBT器件失效样本的集电极-发射极电压、栅极-发射极电压、栅极电阻、内部感应电感、内部感性耦合电容、内部固有耗散因子、开关速度参数的基本频率、开关速度参数的相位偏移函数以及相关参数构建一个合适的开关速度测试计算公式对IGBT器件失效样本进行开关速度参数测试处理，以测量IGBT器件失效样本的开关速度特性，最终得到IGBT器件开关速度参数测试数据。步骤S222：利用功率损耗测试计算公式对IGBT器件失效样本进行功率损耗参数测试处理，得到IGBT器件功率损耗参数测试数据。
本发明实施例通过结合功率损耗参数测试的时间参数、IGBT器件失效样本输入电压信号、输出电压信号和输出电容的时间变化函数、IGBT器件失效样本在开通和关断状态下的电阻值、开关频率以及相关参数构建一个合适的功率损耗测试计算公式对IGBT器件失效样本进行功率损耗参数测试处理，以测量IGBT器件失效样本在开通和关断过程中的功率损耗，最终得到IGBT器件功率损耗参数测试数据。
其中，功率损耗测试计算公式如下所示：；式中，为功率损
耗参数，为功率损耗参数测试的起始时间，为功率损耗参数测试的结束时间，为功率
损耗参数测试的时间变量，为IGBT器件失效样本输入电压信号的时间变化函数，
为IGBT器件失效样本在开通状态下的电阻值，为IGBT器件失效样本输出电压信号
的时间变化函数，为IGBT器件失效样本在关断状态下的电阻值，为IGBT器件失效
样本输出电容的时间变化函数，为IGBT器件失效样本的开关频率，为功率损耗参数的
修正值；
本发明构建了一个功率损耗测试计算公式，用于对IGBT器件失效样本进行功率损耗
参数测试处理，该功率损耗测试计算公式通过积分运算可以得到功率损耗参数，该参数用于
定量评估IGBT器件失效样本在工作过程中的功率损耗。功率损耗是指在IGBT器件的开通和关
断过程中，由于电流通过IGBT器件引起的能量损失。通过定量评估功率损耗参数，可以了解
IGBT器件在失效状态下的能量转换效率和电热性能表现。同时，该公式综合考虑了多个关键
参数的综合影响。其中，和分别表示IGBT器件失效样本在不同时间点的输入电
压和输出电压，和分别表示IGBT器件失效样本的开通状态和关断状态下的电阻值，表示IGBT器件失效样本的输出电容随时间变化的函数。这些参数综合考虑了IGBT器
件失效样本的电路特性，能够准确评估功率损耗。另外，该公式还通过使用时间变量、正弦
函数和电压变化率等项分析IGBT器件失效样本在时间和频域上的功率损
耗特性，有助于了解IGBT器件失效样本在不同时刻的能量消耗和响应速度。并且，通过使用修
正值对功率损耗参数进行校正，可以进一步提高测试结果的准确性，使得功率损耗参数更
符合实际的工作条件和环境。该公式充分考虑了功率损耗参数，功率损耗参数测试的
起始时间，功率损耗参数测试的结束时间，功率损耗参数测试的时间变量，IGBT器件
失效样本输入电压信号的时间变化函数，IGBT器件失效样本在开通状态下的电阻值，IGBT器件失效样本输出电压信号的时间变化函数，IGBT器件失效样本在关断
状态下的电阻值，IGBT器件失效样本输出电容的时间变化函数，IGBT器件失效样
本的开关频率，功率损耗参数的修正值，根据功率损耗参数与以上各参数之间的
相互关联关系构成了一种函数关系
，该公式能够实现对IGBT器件失效样本的功率损耗参数测试处理过程，同时，通过功率损耗
参数的修正值的引入可以根据实际情况进行调整，从而提高功率损耗测试计算公式的准
确性和适用性。步骤S223：对IGBT器件开关速度参数测试数据和IGBT器件功率损耗参数测
试数据进行集成分析处理，得到IGBT动态电气参数测试数据。
本发明实施例通过对计算得到的IGBT器件开关速度参数测试数据和IGBT器件功率损耗参数测试数据进行集成分析处理，以动态分析IGBT器件的开关行为、能效表现和热耗特性等电气参数，最终得到IGBT动态电气参数测试数据。
本发明首先通过使用合适的开关速度测试计算公式对IGBT器件失效样本进行开关速度参数测试处理，开关速度是衡量IGBT器件开关过程中响应时间和切换效率的重要指标之一，该开关速度测试计算公式能够通过精确计算并测量IGBT器件在开通和关断状态下的开关速度，可以了解其在实际应用中的响应性能和能效特性。开关速度参数测试数据提供了准确的参数值，可用于评估IGBT器件的开关能力、动态响应和功耗优化。通过对IGBT器件失效样本进行开关速度参数测试处理，可以获取高质量的开关速度参数测试数据，从而为IGBT器件的性能分析、故障诊断和可靠性评估提供重要的依据。然后，通过使用合适的功率损耗测试计算公式对IGBT器件失效样本进行功率损耗参数测试处理，能够准确测量和分析IGBT器件在开通和关断状态下的功率损耗，该参数是评估IGBT器件能效和热耗的重要指标之一。通过准确计算和测量设备的功率损耗，可以评估IGBT器件在工作过程中产生的能量损失和热量散发，有助于进行功耗分析、设备设计优化和热管理策略的制定。通过应用功率损耗测试计算公式，可以得到准确的功率损耗参数测试数据，这为IGBT器件的能效评估、设计改进和性能优化提供重要依据。最后，通过对IGBT器件开关速度参数测试数据和IGBT器件功率损耗参数测试数据进行集成分析处理，可以将开关速度和功率损耗这两个关键参数进行综合分析，从而揭示IGBT器件在动态工作过程中的电气特性。通过相互关联分析开关速度和功率损耗数据，可以深入理解IGBT器件的开关行为、能效表现和热耗特性，有助于揭示IGBT器件性能的潜在问题、失效机制和改进方向，从而为IGBT器件的可靠性评估、电气特性分析和失效分析提供重要支持，从而指导IGBT器件的改进设计和应用优化。
优选地，步骤S221中的开关速度测试计算公式具体为：；式中，为开关
速度参数，为开关速度参数测试采样时间窗口的总时长，为采样时间变量，为IGBT
器件失效样本在时间时的集电极-发射极电压，为IGBT器件失效样本在时间时的栅
极-发射极电压，为IGBT器件失效样本的栅极电阻，为IGBT器件失效样本内部的感应电
感，为IGBT器件失效样本内部的感性耦合电容，为指数函数，为IGBT器件失效样本
内部的固有耗散因子，为开关速度参数的基本频率，为开关速度参数的相位偏移函
数，为开关速度参数的修正值。
本发明构建了一个开关速度测试计算公式，用于对IGBT器件失效样本进行开关速
度参数测试处理，该开关速度测试计算公式通过开关速度参数测试采样时间进行积分处
理，可以得到准确的开关速度参数，该参数用于定量评估IGBT器件的开关速度。开关速度是
指IGBT从开通状态到关断状态或从关断状态到开通状态的转换速度，它影响着电路的响应
速度、能效和稳定性。通过定量评估开关速度参数，可以了解IGBT器件在失效状态下的开关
性能表现。该开关速度测试计算公式综合考虑了多个关键参数的综合影响。其中，和表示IGBT器件失效样本在不同时间点的集电极-发射极电压和栅极-发射极电压，它
们反映了IGBT器件失效样本在开通和关断状态下的电压特性。表示IGBT器件失效样本的
栅极电阻，和表示IGBT器件失效样本内部的感应电感和感性耦合电容。这些参数综合
考虑了IGBT器件失效样本结构、材料和电路参数等方面的影响，能够更准确地描述IGBT器
件失效样本的开关速度性能。另外，该公式的指数函数和余弦函数分别表示了IGBT器件失效样本内部的固有耗散因子的衰减变化和开关速
度参数的周期性变化趋势。通过这些函数的使用使得测试结果更加综合和准确，能够全面
分析失效样本在时间和频域上的特性。同时，通过使用修正值对开关速度参数进行校正，可
以进一步提高测试结果的准确性，使得开关速度参数更符合实际的工作条件和环境。所以，
该公式充分考虑了开关速度参数，开关速度参数测试采样时间窗口的总时长，采样时间
变量，IGBT器件失效样本在时间时的集电极-发射极电压，IGBT器件失效样本在时
间时的栅极-发射极电压，IGBT器件失效样本的栅极电阻，IGBT器件失效样本内
部的感应电感，IGBT器件失效样本内部的感性耦合电容，指数函数，IGBT器件失效
样本内部的固有耗散因子，开关速度参数的基本频率，开关速度参数的相位偏移函数，开关速度参数的修正值，根据开关速度参数与以上各参数之间的相互关联关系构
成了一种函数关系：；该公
式能够实现对IGBT器件失效样本的开关速度参数测试处理过程，同时，通过开关速度参数
的修正值的引入可以根据实际情况进行调整，从而提高开关速度测试计算公式的准确性
和适用性。
优选地，步骤S3包括以下步骤：步骤S31：利用温度测量计算公式对IGBT器件失效样本进行热温度测量处理，得到IGBT器件失效热温度值。
本发明实施例通过结合IGBT器件失效样本的位置坐标参数、热温度测量时间参数、温度传导率、传热系数、温度梯度、样本物质密度、比热容、位置温度函数、位置热容量衰减函数、时间影响衰减函数以及相关参数构建一个合适的温度测量计算公式对IGBT器件失效样本进行热温度测量处理，以测量IGBT器件失效样本在不同位置和时间下的热温度值，最终得到IGBT器件失效热温度值。
其中，温度测量计算公式如下所示：；
式中，为IGBT器件失效样本中位置在时间时的IGBT器件失效热温度值，、和
均为IGBT器件失效样本的位置坐标参数，为热温度测量时间参数，为IGBT器件失效样
本的温度传导率，为IGBT器件失效样本的传热系数，为IGBT器件失效样本的温度梯
度，为IGBT器件失效样本的样本物质密度，为IGBT器件失效样本的比热容，为
IGBT器件失效样本的位置温度函数，为IGBT器件失效样本的位置热容量衰减函数，为时间影响衰减函数，为IGBT器件失效热温度值的修正值；
本发明构建了一个温度测量计算公式，用于对IGBT器件失效样本进行热温度测量
处理，该温度测量计算公式通过使用温度传导率描述IGBT器件失效样本内部热量传导的能
力，通过考虑不同位置的传导率差异，可以更准确地计算出IGBT器件失效样本内部各个位
置的热温度分布，这有助于揭示IGBT器件失效样本中具有较高温度传导率的局部区域，可
能是潜在的热点。通过使用传热系数表示热量从IGBT器件失效样本表面向外界传播的效
率，在计算中考虑传热系数可以更精确地确定IGBT器件失效样本表面的温度分布，帮助寻
找可能存在的热点区域。并通过使用温度梯度描述IGBT器件失效样本内不同位置之间的温
度差异。通过考虑温度梯度的影响，可以在热温度分布图中确定温度变化较大的区域。这对
于定位可能的热点非常重要，因为温度梯度较大的区域可能是温度异常的来源。还通过使
用比热容表示单位质量的样本物质在温度变化时吸收或释放的热量，该参数考虑了IGBT器
件失效样本内部物质的热性质。通过考虑比热容，可以更准确地计算出IGBT器件失效样本
内部不同位置的温度变化率，以揭示可能的异常热点。另外，还通过使用位置温度函数来描
述IGBT器件失效样本内不同位置的温度分布，可以对不同位置的温度进行建模，并计算出
IGBT器件失效样本中各个位置的热温度值，这有助于确定可能存在的热点和温度异常区
域。通过综合考虑以上参数和函数，温度测量计算公式能够提供对IGBT器件失效样本的全
面热温度测量和分析，从而帮助确定失效样本中不同位置的热温度分布，找出潜在的热点
和异常温度区域，从而能够为改进和优化设备设计提供有力支持。该公式充分考虑了IGBT
器件失效样本中位置在时间时的IGBT器件失效热温度值，IGBT器件失效样本的
位置坐标参数、和，热温度测量时间参数，IGBT器件失效样本的温度传导率，IGBT
器件失效样本的传热系数，IGBT器件失效样本的温度梯度，IGBT器件失效样本的样本
物质密度，IGBT器件失效样本的比热容，IGBT器件失效样本的位置温度函数，
IGBT器件失效样本的位置热容量衰减函数，时间影响衰减函数，IGBT器件失效
热温度值的修正值，根据IGBT器件失效样本中位置在时间时的IGBT器件失效热温度值与以上各参数之间的相互关联关系构成了一种函数关系，该公式能够实现对IGBT器件失效样本的热温度测量
处理过程，同时，通过IGBT器件失效热温度值的修正值的引入可以根据实际情况进行调
整，从而提高温度测量计算公式的准确性和适用性。步骤S32：通过IGBT器件失效热温度值
构建IGBT器件失效热温度分布图。
本发明实施例通过将IGBT器件失效样本中位置参数和计算测量得到的IGBT器件失效热温度值关联起来，以绘制构建相应的热温度分布图，将计算得到的IGBT器件失效热温度值以图像的形式展示出来，最终得到IGBT器件失效热温度分布图。步骤S33：通过红外热像仪测量IGBT在正常工作条件下的热温度值并构建IGBT器件正常热温度分布图。
本发明实施例通过在正常工作条件下，使用红外热像仪对IGBT器件进行热温度测量，获取IGBT器件在正常工作条件下的热温度值，并将位置参数与测量结果关联起来构建正常的热温度分布图，以展示正常工作状态下的热温度分布情况，最终得到IGBT器件正常热温度分布图。步骤S34：通过对比IGBT器件正常热温度分布图和IGBT器件失效热温度分布图，以得到IGBT器件失效异常热点。
本发明实施例通过对比分析构建的IGBT器件正常热温度分布图和IGBT器件失效热温度分布图，找出两者之间的差异，针对差异区域识别出异常热点，即在IGBT器件失效样本中出现异常高温的位置，最终得到IGBT器件失效异常热点。步骤S35：对IGBT器件失效异常热点进行热特性分析处理，得到IGBT热特性失效分析结果数据。
本发明实施例通过对IGBT器件失效异常热点进行热特性分析处理，以分析该异常热点的位置、温度变化趋势以及与热特性相关的参数，并探究该异常热点形成的原因，最终得到IGBT热特性失效分析结果数据。
本发明首先通过使用合适的温度测量计算公式对IGBT器件失效样本进行热温度测量处理，该温度测量计算公式结合了多个参数，包括位置坐标、时间参数以及与温度相关的物理性质参数，如温度传导率、传热系数、温度梯度等。通过将这些参数进行计算，可以得到IGBT器件失效样本在不同位置和时间下的热温度值。这有助于定量地描述和测量IGBT器件失效样本的热状态，从而提供关于IGBT器件失效样本中的温度分布和变化趋势的信息。其次，通过使用计算得到的IGBT器件失效热温度值，可以构建IGBT器件失效热温度分布图。该分布图能够以图像的形式呈现不同位置上的热温度数值，以及整个IGBT器件失效样本的热温度分布情况。这有助于直观地观察和分析IGBT器件失效样本的热温度分布特征，从而发现可能存在的热点区域或异常温度区域。然后，通过使用红外热像仪等工具可以非接触地测量IGBT在正常工作条件下的热温度值，并据此构建IGBT器件正常热温度分布图。通过对正常工作状态下的热温度进行测量和分析，可以了解正常情况下IGBT器件的热行为和温度分布规律。接下来，通过对比IGBT器件正常热温度分布图和IGBT器件失效热温度分布图，可以找出两者之间的差异并确定IGBT器件失效的异常热点。异常热点表示失效样本中的特定位置或区域存在异常的高温情况，可能是引起失效的原因之一，这样可以有效地定位和识别IGBT器件失效样本中的热异常问题。最后，通过对IGBT器件失效异常热点进行热特性分析处理，通过分析异常热点的位置、温度变化趋势以及与热特性相关的参数，可以深入了解失效样本中热异常问题的本质原因。这有助于发现温度过高的原因，如导热不良、散热设计不合理等，并为进一步的改进和修复提供指导，这样还可以获取有关IGBT器件失效的详细热特性失效分析结果数据，从而为后续的故障排查和修复策略提供依据。
优选地，步骤S5包括以下步骤：步骤S51：通过故障模式识别技术对IGBT外观检查失效分析结果数据、IGBT电气参数测试失效分析结果数据、IGBT热特性失效分析结果数据和IGBT微结构缺陷失效分析结果数据进行综合分析处理，得到IGBT故障失效数据。
本发明实施例通过收集并整理IGBT外观检查失效分析结果数据、IGBT电气参数测试失效分析结果数据、IGBT热特性失效分析结果数据和IGBT微结构缺陷失效分析结果数据，使用故障模式识别技术将各种失效分析数据进行综合分析，以识别出共同的失效模式和特征，确定出故障失效发生的各种可能因素，最终得到IGBT故障失效数据。步骤S52：利用失效关键因素计算公式对IGBT故障失效数据进行关键挖掘处理，得到IGBT失效关键因素。
本发明实施例通过结合关键挖掘处理的时间变量、时间调节因子、失效影响缩放参数、IGBT器件失效样本的外观检查参数值、电气特性参数值、热特性参数值、微结构缺陷参数值、相应的权重调整参数、IGBT故障失效概率、IGBT故障失效概率的影响调节因子和衰减调节幂指数以及相关参数构建一个合适的失效关键因素计算公式对IGBT故障失效数据进行关键挖掘处理，以识别出对IGBT失效影响最为关键的因素，最终得到IGBT失效关键因素。步骤S53：根据IGBT失效关键因素确定失效类型和失效机制，并根据失效类型和失效机制制定相应的失效改进方案以执行相应的失效修复改进策略。
本发明实施例通过分析挖掘得到的IGBT失效关键因素确定具体的失效类型和失效机制，根据确定的失效类型和失效机制制定相应的优化电路设计、改善材料质量、优化工艺流程等失效改进方案，同时，根据制定的失效改进方案，执行相应的失效修复改进策略，以修复和防止IGBT器件失效。
本发明首先通过使用故障模式识别技术对分析得到的IGBT外观检查失效分析结果数据、IGBT电气参数测试失效分析结果数据、IGBT热特性失效分析结果数据和IGBT微结构缺陷失效分析结果数据进行综合分析处理，可以获得具体的IGBT故障失效数据。通过对IGBT外观检查失效分析结果数据的综合分析，可以识别不同外观特征与失效模式之间的关系，从而确定与特定外观特征相关的故障失效数据。其次，通过对IGBT电气参数测试失效分析结果数据的综合分析，可以发现电气参数与故障失效之间的关联性，从而识别与电气参数相关的故障失效数据。此外，通过对IGBT热特性失效分析结果数据和IGBT微结构缺陷失效分析结果数据的综合分析，可以了解IGBT热特性和微结构缺陷对故障失效的影响，并进一步得到相关的失效数据。通过综合这些分析结果数据，可以获得全面而准确的IGBT故障失效数据，从而提供深入了解IGBT失效原因的基础数据。然后，通过使用合适的失效关键因素计算公式对IGBT故障失效数据进行关键挖掘处理，可以识别出对IGBT失效影响最为关键的因素，确定它们在失效发生中的权重和贡献度。这有助于准确识别和理解导致IGBT失效的根本原因。通过挖掘失效关键因素，可以揭示IGBT失效的重要特征和规律，为进一步的改进措施提供有力支持，同时能够帮助制定针对性的修复和改进策略，从而提高对IGBT失效机制的认知。最后，根据挖掘得到的IGBT失效关键因素，确定具体的失效类型和失效机制，并通过理解失效类型和机制，可以准确识别出IGBT发生的不同类型的失效事件，从而有针对性地制定相应的改进方案。这有助于提高IGBT的可靠性、稳定性和性能，防止类似失效事件的再次发生。另外，根据失效类型和机制，制定的改进方案可以针对性地解决IGBT失效的根本问题，修复和改进相应的设计、制造、工艺等环节。这样可以提高IGBT的品质水平和生产效率，减少成本和故障率。通过执行这些方案，可以有效地改善IGBT的失效问题，提高其可靠性，并满足用户的需求。
优选地，步骤S52中的失效关键因素计算公式具体为：；式中，为IGBT失效关键因素，为关键挖掘处理的时间范围上限，为关键挖掘处理时间变
量，为关键挖掘处理时间的调节因子，为关键挖掘处理时间的失效影响缩放参数，为
IGBT故障失效数据中IGBT器件失效样本的数量，为IGBT故障失效数据中第个IGBT器
件失效样本的外观检查参数值，为外观检查参数值的权重调整参数，为IGBT故障
失效数据中第个IGBT器件失效样本的电气特性参数值，为电气特性参数值的权重调
整参数，为IGBT故障失效数据中第个IGBT器件失效样本的热特性参数值，为
热特性参数值的权重调整参数，为IGBT故障失效数据中第个IGBT器件失效样本的微
结构缺陷参数值，为微结构缺陷参数值的权重调整参数，为IGBT故障失效概率，为
IGBT故障失效概率的影响调节因子，为IGBT故障失效概率的衰减调节幂指数，为IGBT失
效关键因素的修正值。
本发明构建了一个失效关键因素计算公式，用于对IGBT故障失效数据进行关键挖
掘处理，该失效关键因素计算公式通过使用时间范围上限和时间变量确定关键挖掘处理的
时间范围和时间步长，通过设置适当的时间范围和步长，可以对IGBT失效数据进行细致的
分析和挖掘，有助于发现失效的动态变化和趋势。通过使用关键挖掘处理时间的调节因子
和失效影响缩放参数调节关键挖掘处理时间的影响和重要性，其中调节因子可以考虑时间
的非线性影响，并对失效因素的计算进行调节。而失效影响缩放参数用于缩放失效影响，以
便更准确地评估失效因素的重要性。该公式还通过使用外观检查参数值表示针对每个IGBT
器件失效样本的外观检查分析结果数据，外观检查参数值的权重调整参数用于根据外观检
查的重要程度对参数值进行加权调整，通过考虑外观检查的结果和重要性，可以更好地评
估失效因素对IGBT故障的影响。还通过使用电气特性参数值表示针对每个IGBT器件失效样
本的电气参数测试分析结果数据，电气特性参数值的权重调整参数用于根据电气参数的重
要性对参数值进行加权调整，通过综合考虑电气特性参数和其重要性，可以更准确地评估
失效因素对IGBT故障的贡献。并通过使用热特性参数值表示针对每个IGBT器件失效样本的
热特性失效分析结果数据，热特性参数值的权重调整参数用于根据热特性的重要程度对参
数值进行加权调整，通过综合考虑热特性参数和其重要性，可以更准确地评估失效因素对
IGBT故障的贡献。同时，通过使用微结构缺陷参数值表示针对每个IGBT器件失效样本的微
结构缺陷分析结果数据，微结构缺陷参数值的权重调整参数用于根据微结构缺陷的重要性
对参数值进行加权调整，通过综合考虑微结构缺陷参数和其重要性，可以更准确地评估失
效因素对IGBT故障的贡献。另外，还通过使用失效概率表示IGBT失效的概率，默认情况下，
失效概率与时间成指数递减关系。IGBT故障失效概率的影响调节因子用于调节失效概率随
时间的衰减速度，而衰减调节幂指数则用于调节衰减的幂指数。通过综合以上参数，失效关
键因素计算公式能够综合考虑外观检查、电气特性、热特性和微结构缺陷等因素对IGBT故
障的贡献。通过计算得到失效关键因素，以评估不同因素的重要程度，并确定IGBT故障的类
型和机制，这为制定相应的失效改进方案和执行修复策略提供了依据，有助于提高IGBT的
可靠性和性能。该公式充分考虑了IGBT失效关键因素，关键挖掘处理的时间范围上限，关键挖掘处理时间变量，关键挖掘处理时间的调节因子，关键挖掘处理时间的失效
影响缩放参数， IGBT故障失效数据中IGBT器件失效样本的数量，IGBT故障失效数据中
第个IGBT器件失效样本的外观检查参数值，外观检查参数值的权重调整参数，
IGBT故障失效数据中第个IGBT器件失效样本的电气特性参数值，电气特性参数值的
权重调整参数，IGBT故障失效数据中第个IGBT器件失效样本的热特性参数值
，热特性参数值的权重调整参数，IGBT故障失效数据中第个IGBT器件失效样本的微
结构缺陷参数值，微结构缺陷参数值的权重调整参数，IGBT故障失效概率，
IGBT故障失效概率的影响调节因子，IGBT故障失效概率的衰减调节幂指数，IGBT失效关
键因素的修正值，根据IGBT失效关键因素与以上各参数之间的相互关联关系构成了
一种函数关系：；
该公式能够实现对IGBT故障失效数据的关键挖掘处理过程，同时，通过IGBT失效关键因素
的修正值的引入可以根据实际情况进行调整，从而提高失效关键因素计算公式的准确性
和稳定性。
因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在申请文件的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种IGBT失效分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：通过在失效的IGBT器件中采集失效样本，以得到IGBT器件失效样本；对IGBT器件失效样本进行外观检查分析处理，得到IGBT外观检查失效分析结果数据；
步骤S2：利用电性能测试技术对IGBT器件失效样本进行电性能测试处理，得到IGBT电气参数测试失效分析结果数据，其中电性能测试技术包括静态测试技术和动态测试技术；
步骤S3：对IGBT器件失效样本进行热分析处理，得到IGBT热特性失效分析结果数据；
步骤S4：通过微结构分析技术对IGBT器件失效样本进行结构缺陷分析处理，得到IGBT微结构缺陷失效分析结果数据；
步骤S5：通过故障模式识别技术对IGBT外观检查失效分析结果数据、IGBT电气参数测试失效分析结果数据、IGBT热特性失效分析结果数据和IGBT微结构缺陷失效分析结果数据进行综合分析处理，得到IGBT故障失效数据；并利用失效关键因素计算公式对IGBT故障失效数据进行关键挖掘处理，得到IGBT失效关键因素，以执行相应的失效修复改进策略。
2.根据权利要求1所述的IGBT失效分析方法，其特征在于，步骤S1包括以下步骤：
步骤S11：通过在失效的IGBT器件中采集待分析样本，以得到IGBT器件待分析样本；
步骤S12：利用失效强度计算公式对IGBT器件待分析样本进行失效强度计算处理，得到IGBT器件失效强度值；
其中，失效强度计算公式如下所示：
；
式中，为IGBT器件失效强度值，/>为IGBT器件待分析样本的总使用寿命，/>为IGBT器件待分析样本失效强度的调整比例系数，/>为IGBT器件待分析样本的失效电压，/>为积分使用寿命变量，/>为IGBT器件待分析样本失效强度的衰减变化幂指数，/>为IGBT器件待分析样本的使用率，/>为IGBT器件待分析样本的平均使用寿命，/>为IGBT器件待分析样本的失效功率，/>为IGBT器件失效强度值的修正值；
步骤S13：按照从大到小的顺序对IGBT器件失效强度值进行排序，并选取排名靠前的IGBT器件失效强度值对应的IGBT器件待分析样本作为代表性的失效样本，以得到IGBT器件失效样本；
步骤S14：对IGBT器件失效样本进行外观检查分析处理，得到IGBT外观检查失效分析结果数据。
3.根据权利要求2所述的IGBT失效分析方法，其特征在于，步骤S14包括以下步骤：
步骤S141：利用氧化现象观察技术对IGBT器件失效样本进行氧化观察处理，得到IGBT器件外观氧化检查结果；
步骤S142：利用腐蚀现象观察技术对IGBT器件失效样本进行腐蚀观察处理，得到IGBT器件外观腐蚀检查结果；
步骤S143：利用引线裂纹观察技术对IGBT器件失效样本进行裂纹观察处理，得到IGBT器件外观裂纹检查结果；
步骤S144：利用焊点状态观察技术对IGBT器件失效样本进行焊点观察处理，得到IGBT器件外观焊点状态检查结果；
步骤S145：根据预设的外观正常标准对IGBT器件外观氧化检查结果、IGBT器件外观腐蚀检查结果、IGBT器件外观裂纹检查结果和IGBT器件外观焊点状态检查结果进行对比分析处理，得到IGBT外观检查失效分析结果数据。
4.根据权利要求1所述的IGBT失效分析方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤：
步骤S21：利用静态测试技术对IGBT器件失效样本进行静态电气参数测试处理，得到IGBT静态电气参数测试数据，其中静态测试技术包括开关特性测试技术、漏电流测试技术和导通电阻测试技术；
步骤S22：利用动态测试技术对IGBT器件失效样本进行动态电气参数测试处理，得到IGBT动态电气参数测试数据，其中动态测试技术包括开关速度测试计算公式和功率损耗测试计算公式；
步骤S23：根据预设的电气参数标准数值对IGBT静态电气参数测试数据和IGBT动态电气参数测试数据进行集成评估分析处理，得到IGBT电气参数测试失效分析结果数据。
5.根据权利要求4所述的IGBT失效分析方法，其特征在于，步骤S21包括以下步骤：
步骤S211：通过开关特性测试技术对IGBT器件失效样本进行开关特性参数测试处理，得到IGBT器件开关特性参数测试数据；
步骤S212：通过漏电流测试技术对IGBT器件失效样本进行漏电流参数测试处理，得到IGBT器件漏电流参数测试数据；
步骤S213：通过导通电阻测试技术对IGBT器件失效样本进行导通电阻参数测试处理，得到IGBT器件导通电阻参数测试数据；
步骤S214：对IGBT器件开关特性参数测试数据、IGBT器件漏电流参数测试数据和IGBT器件导通电阻参数测试数据进行集成分析处理，得到IGBT静态电气参数测试数据。
6.根据权利要求4所述的IGBT失效分析方法，其特征在于，步骤S22包括以下步骤：
步骤S221：利用开关速度测试计算公式对IGBT器件失效样本进行开关速度参数测试处理，得到IGBT器件开关速度参数测试数据；
步骤S222：利用功率损耗测试计算公式对IGBT器件失效样本进行功率损耗参数测试处理，得到IGBT器件功率损耗参数测试数据；
其中，功率损耗测试计算公式如下所示：
；
式中，为功率损耗参数，/>为功率损耗参数测试的起始时间，/>为功率损耗参数测试的结束时间，/>为功率损耗参数测试的时间变量，/>为IGBT器件失效样本输入电压信号的时间变化函数，/>为IGBT器件失效样本在开通状态下的电阻值，/>为IGBT器件失效样本输出电压信号的时间变化函数，/>为IGBT器件失效样本在关断状态下的电阻值，为IGBT器件失效样本输出电容的时间变化函数，/>为IGBT器件失效样本的开关频率，/>为功率损耗参数的修正值；
步骤S223：对IGBT器件开关速度参数测试数据和IGBT器件功率损耗参数测试数据进行集成分析处理，得到IGBT动态电气参数测试数据。
7.根据权利要求6所述的IGBT失效分析方法，其特征在于，步骤S221中的开关速度测试计算公式具体为：
；
式中，为开关速度参数，/>为开关速度参数测试采样时间窗口的总时长，/>为采样时间变量，/>为IGBT器件失效样本在时间/>时的集电极-发射极电压，/>为IGBT器件失效样本在时间/>时的栅极-发射极电压，/>为IGBT器件失效样本的栅极电阻，/>为IGBT器件失效样本内部的感应电感，/>为IGBT器件失效样本内部的感性耦合电容，/>为指数函数，/>为IGBT器件失效样本内部的固有耗散因子，/>为开关速度参数的基本频率，/>为开关速度参数的相位偏移函数，/>为开关速度参数的修正值。
8.根据权利要求1所述的IGBT失效分析方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤：
步骤S31：利用温度测量计算公式对IGBT器件失效样本进行热温度测量处理，得到IGBT器件失效热温度值；
其中，温度测量计算公式如下所示：
；
式中，为IGBT器件失效样本中位置/>在时间/>时的IGBT器件失效热温度值，/>、和/>均为IGBT器件失效样本的位置坐标参数，/>为热温度测量时间参数，/>为IGBT器件失效样本的温度传导率，/>为IGBT器件失效样本的传热系数，/>为IGBT器件失效样本的温度梯度，/>为IGBT器件失效样本的样本物质密度，/>为IGBT器件失效样本的比热容，/>为IGBT器件失效样本的位置温度函数，/>为IGBT器件失效样本的位置热容量衰减函数，为时间影响衰减函数，/>为IGBT器件失效热温度值的修正值；
步骤S32：通过IGBT器件失效热温度值构建IGBT器件失效热温度分布图；
步骤S33：通过红外热像仪测量IGBT在正常工作条件下的热温度值并构建IGBT器件正常热温度分布图；
步骤S34：通过对比IGBT器件正常热温度分布图和IGBT器件失效热温度分布图，以得到IGBT器件失效异常热点；
步骤S35：对IGBT器件失效异常热点进行热特性分析处理，得到IGBT热特性失效分析结果数据。
9.根据权利要求1所述的IGBT失效分析方法，其特征在于，步骤S5包括以下步骤：
步骤S51：通过故障模式识别技术对IGBT外观检查失效分析结果数据、IGBT电气参数测试失效分析结果数据、IGBT热特性失效分析结果数据和IGBT微结构缺陷失效分析结果数据进行综合分析处理，得到IGBT故障失效数据；
步骤S52：利用失效关键因素计算公式对IGBT故障失效数据进行关键挖掘处理，得到IGBT失效关键因素；
步骤S53：根据IGBT失效关键因素确定失效类型和失效机制，并根据失效类型和失效机制制定相应的失效改进方案以执行相应的失效修复改进策略。
10.根据权利要求9所述的IGBT失效分析方法，其特征在于，步骤S52中的失效关键因素计算公式具体为：
；
式中，为IGBT失效关键因素，/>为关键挖掘处理的时间范围上限，/>为关键挖掘处理时间变量，/>为关键挖掘处理时间的调节因子，/>为关键挖掘处理时间的失效影响缩放参数，/>为IGBT故障失效数据中IGBT器件失效样本的数量，/>为IGBT故障失效数据中第/>个IGBT器件失效样本的外观检查参数值，/>为外观检查参数值的权重调整参数，/>为IGBT故障失效数据中第/>个IGBT器件失效样本的电气特性参数值，/>为电气特性参数值的权重调整参数，/>为IGBT故障失效数据中第/>个IGBT器件失效样本的热特性参数值，/>为热特性参数值的权重调整参数，/>为IGBT故障失效数据中第/>个IGBT器件失效样本的微结构缺陷参数值，/>为微结构缺陷参数值的权重调整参数，/>为IGBT故障失效概率，/>为IGBT故障失效概率的影响调节因子，/>为IGBT故障失效概率的衰减调节幂指数，/>为IGBT失效关键因素的修正值。
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| CN202311498106.4A CN117235671B (zh) | 2023-11-13 | 2023-11-13 | 一种igbt失效分析方法 |
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|---|---|
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Citations (3)
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| CN111079315A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-04-28 | 深圳供电局有限公司 | 低压直流供电换流器寿命评估方法 |
| CN114019341A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-02-08 | 株洲中车时代半导体有限公司 | Igbt动态测试的过电流保护电路及igbt动态测试系统 |
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- 2023-11-13 CN CN202311498106.4A patent/CN117235671B/zh active Active
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