第20讲：DIPIPM™市场失效分析（2）

4.4.2

DIPIPM失效分析技术要点

在了解了DIPIPM失效分析的流程后是不是会很容易地找到市场失效的原因了呢？答案是否定的。不管是对收集到的市场失效信息还是对故障解析报告的解读、分析都需要相应的专业技能作为背景，对整机进行的测试也需要相应的测试技能。这些技能需要较长时间的经验积累。下面就失效分析过程中的一些要点及需要的技能进行简单介绍。

4.4.2.1 DIPIPM失效信息分析

在拿到了失效信息分析之后，如何正确地进行分析会直接关系到是否会在最短的时间内找到分析线索。失效信息分析的重点是根据整机的工作特点来对失效样品进行归类，看是否存在比较典型的损坏特征。只有充分了解整机的工作模式、电路结构、各个相关部件关联关系等才可能对信息进行有效地归类。以变频空调为例，空调常见的工作模式为制冷、制热、通风、除湿、化霜等模式。空调电路中包含了风机、压缩机、电子膨胀阀、四通阀、电加热管、电抗器、交流接触器等诸多电子部件，这些电子部件在工作中会相互影响，同时也可能对DIPIPM的正常工作产生影响，某些情况下甚至导致DIPIPM损坏。如继电器工作时会产生比较大的电磁干扰；电子膨胀阀工作时，会对DIPIPM 15V电源的稳定性产生影响；交流接触器开关也会产生较大的电磁干扰等。

如果根据故障分析报告，DIPIPM的损坏是过热失效，由于夏天制冷工况下，更容易出现DIPIPM的过热失效，反映在故障信息中按照损坏的时间去统计发现夏天与冬天的故障率明显不同，这可以初步判断存在过热失效的可能性，反之如果夏天与冬天的故障率没有明显不同，则过热导致失效的概率低。对整机的实际工作环境也需要充分了解，例如根据失效信息统计失效发生在某些特定的地区，且损坏比较集中，则失效可能与该地空调整机的使用环境有关，比如该地区电网不稳定、环境温度超出空调允许的最大环境温度等。

4.4.2.2 DIPIPM失效解析报告解读

在阅读完失效解析报告后，不同的人可能有不同的分析和解读，对DIPIPM的结构、功能、工作模式、损坏模式了解越多越有利于正确的解读解析报告。不同的人对DIPIPM的关注点和了解角度可能不同。以下图3为例，通常整机的设计工程师会关注和熟悉DIPIPM的接口电路部分，而对于DIPIPM内部的电路及结构特点了解较少，图3红框内部是HVIC的内部端子，在对故障报告进行分析时需要尽可能的关注其具体的损坏部位和损坏端子。如果解析报告结论是HVIC过压损坏，那么需要重点关注是HVIC的输入端子还是输出端子过压损坏；是电源端子损坏还是信号端子损坏等，对于HVIC不同部位的损坏其原因可能不同。

图3：典型DIPIPM HVIC电路结构

下图4、图5是两例故障解析报告的IGBT损坏图片。根据解析报告的图片来看，图4 IGBT表面出现了小的黑色坏点，一般来说类似的小的坏点是局部温度过热引起的，这种过热可能是由于瞬间多次小脉冲短路或短时间15V电源欠压引起；图5中损坏部位发生在铝线焊盘的下方，损坏面积相比较图4明显要大很多，该种损坏通常由于IGBT上下桥臂直通引起IGBT短路导致。这些分析的背后需要对DIPIPM的工作机理及内部结构非常熟悉，才能做出合理的失效原因推测。以短路保护为例，由于DIPIPM只能对大于一定脉宽（如2μs）短路电流进行保护，因此在发生非常小的脉冲短路（如数百ns）情况下，DIPIPM无法进行有效保护，多次小的短路脉冲会使IGBT温度积累升高，从而导致IGBT过热失效。

图4：IGBT失效图片例

图5：IGBT失效图片例

尽管失效解析报告通常会给出可能的失效原因，但这个失效原因仅仅是基于失效样品本身，有些情况下，会给出多个失效原因供客户参考。这种情况下，客户必须结合失效信息数据和整机的实际工作环境来对失效原因进行推断，不能仅仅通过失效解析报告来确定失效原因。

4.4.2.3 DIPIPM失效原因测试

通过失效分析数据和失效解析报告对失效原因进行推断后，需要通过整机测试进行验证，只有在实际整机测试中能够得到验证的失效原因推断才是有效的推断。测试过程中常见的难点是某些导致失效的因素如噪声，只在某些特定工况下出现，比如有时噪声只出现在开机状态或关机状态或某个温度下等，这需要对整机运行工况进行全面测试，不能有遗漏。在噪声测试的时候，更多情况是即使发现某些工况下存在噪声，也很难确定噪声是否会对DIPIPM的运行造成影响。一般来说对于DIPIPM的PWM控制信号及15V电源大于±1V/μs的噪声足以对DIPIPM的正常运行产生影响，对于空调等大批量生产的电器设备来说，这个级别的噪声会造成一定比例的市场DIPIPM失效。下图6是某次DIPIPM失效分析中测到的PWM上叠加的噪声，图6中可以看出，PWM上的噪声幅值超过了1V。需要注意的是，关注噪声，不仅需要关注正向噪声，同样需要关注叠加在零电平上负向噪声，负向噪声过大，同样会导致DIPIPM损坏。

图6：PWM信号噪声例

4.4.3

总结

在出现了DIPIPM的市场失效后，不要急于进行测试，首先需要做的是耐心地整理收集相关市场失效信息，越详细越好，同时将典型的失效样品返回生产工厂进行失效解析。除非有明确的市场失效信息或失效解析报告作为证据，否则不要轻易去推测导致失效的原因。在没有证据即进行相关测试或分析，可能会使失效分析走入误区，浪费大量时间精力，最后发现自己的推测是不对的。

在对整机进行测试时，除非有明确的证据，否则需要对DIPIPM全部相关工作波形进行详细测试，不要有遗漏。测试过程中，需要及时排除测试过程中的干扰，例如示波器探头引入的干扰、其它电器设备引起的干扰、探头本身的精度等，只有那些能够确定来源的干扰或噪声，才是需要重点分析的，也是可能导致DIPIPM失效的原因。对于那些偶然出现却又不能确定其源头的噪声等，不能轻易认为这些噪声是导致DIPIPM损坏的原因。

最后分享的是关于寄生参数的理解，由于DIPIPM是一种在大电流､高电压高速开关的功率器件，不管是DIPIPM本身、PCB、电机、压缩机还是整机系统本身，都存在大量寄生电容、寄生电感等参数，这些参数会对DIPIPM的工作状态产生影响，也是导致DIPIPM市场失效的重要原因，需要在设计及失效分析中进行重点关注。

审核编辑：刘清