第20講：DIPIPM?市場失效分析（2）

4.4.2

DIPIPM失效分析技術要點

在了解了DIPIPM失效分析的流程后是不是會很容易地找到市場失效的原因了呢？答案是否定的。不管是對收集到的市場失效信息還是對故障解析報告的解讀、分析都需要相應的專業技能作為背景，對整機進行的測試也需要相應的測試技能。這些技能需要較長時間的經驗積累。下面就失效分析過程中的一些要點及需要的技能進行簡單介紹。

4.4.2.1 DIPIPM失效信息分析

在拿到了失效信息分析之后，如何正確地進行分析會直接關系到是否會在最短的時間內找到分析線索。失效信息分析的重點是根據整機的工作特點來對失效樣品進行歸類，看是否存在比較典型的損壞特征。只有充分了解整機的工作模式、電路結構、各個相關部件關聯關系等才可能對信息進行有效地歸類。以變頻空調為例，空調常見的工作模式為制冷、制熱、通風、除濕、化霜等模式?？照{電路中包含了風機、壓縮機、電子膨脹閥、四通閥、電加熱管、電抗器、交流接觸器等諸多電子部件，這些電子部件在工作中會相互影響，同時也可能對DIPIPM的正常工作產生影響，某些情況下甚至導致DIPIPM損壞。如繼電器工作時會產生比較大的電磁干擾；電子膨脹閥工作時，會對DIPIPM 15V電源的穩定性產生影響；交流接觸器開關也會產生較大的電磁干擾等。

如果根據故障分析報告，DIPIPM的損壞是過熱失效，由于夏天制冷工況下，更容易出現DIPIPM的過熱失效，反映在故障信息中按照損壞的時間去統計發現夏天與冬天的故障率明顯不同，這可以初步判斷存在過熱失效的可能性，反之如果夏天與冬天的故障率沒有明顯不同，則過熱導致失效的概率低。對整機的實際工作環境也需要充分了解，例如根據失效信息統計失效發生在某些特定的地區，且損壞比較集中，則失效可能與該地空調整機的使用環境有關，比如該地區電網不穩定、環境溫度超出空調允許的最大環境溫度等。

4.4.2.2 DIPIPM失效解析報告解讀

在閱讀完失效解析報告后，不同的人可能有不同的分析和解讀，對DIPIPM的結構、功能、工作模式、損壞模式了解越多越有利于正確的解讀解析報告。不同的人對DIPIPM的關注點和了解角度可能不同。以下圖3為例，通常整機的設計工程師會關注和熟悉DIPIPM的接口電路部分，而對于DIPIPM內部的電路及結構特點了解較少，圖3紅框內部是HVIC的內部端子，在對故障報告進行分析時需要盡可能的關注其具體的損壞部位和損壞端子。如果解析報告結論是HVIC過壓損壞，那么需要重點關注是HVIC的輸入端子還是輸出端子過壓損壞；是電源端子損壞還是信號端子損壞等，對于HVIC不同部位的損壞其原因可能不同。

圖3：典型DIPIPM HVIC電路結構

下圖4、圖5是兩例故障解析報告的IGBT損壞圖片。根據解析報告的圖片來看，圖4 IGBT表面出現了小的黑色壞點，一般來說類似的小的壞點是局部溫度過熱引起的，這種過熱可能是由于瞬間多次小脈沖短路或短時間15V電源欠壓引起；圖5中損壞部位發生在鋁線焊盤的下方，損壞面積相比較圖4明顯要大很多，該種損壞通常由于IGBT上下橋臂直通引起IGBT短路導致。這些分析的背后需要對DIPIPM的工作機理及內部結構非常熟悉，才能做出合理的失效原因推測。以短路保護為例，由于DIPIPM只能對大于一定脈寬（如2μs）短路電流進行保護，因此在發生非常小的脈沖短路（如數百ns）情況下，DIPIPM無法進行有效保護，多次小的短路脈沖會使IGBT溫度積累升高，從而導致IGBT過熱失效。

圖4：IGBT失效圖片例

圖5：IGBT失效圖片例

盡管失效解析報告通常會給出可能的失效原因，但這個失效原因僅僅是基于失效樣品本身，有些情況下，會給出多個失效原因供客戶參考。這種情況下，客戶必須結合失效信息數據和整機的實際工作環境來對失效原因進行推斷，不能僅僅通過失效解析報告來確定失效原因。

4.4.2.3 DIPIPM失效原因測試

通過失效分析數據和失效解析報告對失效原因進行推斷后，需要通過整機測試進行驗證，只有在實際整機測試中能夠得到驗證的失效原因推斷才是有效的推斷。測試過程中常見的難點是某些導致失效的因素如噪聲，只在某些特定工況下出現，比如有時噪聲只出現在開機狀態或關機狀態或某個溫度下等，這需要對整機運行工況進行全面測試，不能有遺漏。在噪聲測試的時候，更多情況是即使發現某些工況下存在噪聲，也很難確定噪聲是否會對DIPIPM的運行造成影響。一般來說對于DIPIPM的PWM控制信號及15V電源大于±1V/μs的噪聲足以對DIPIPM的正常運行產生影響，對于空調等大批量生產的電器設備來說，這個級別的噪聲會造成一定比例的市場DIPIPM失效。下圖6是某次DIPIPM失效分析中測到的PWM上疊加的噪聲，圖6中可以看出，PWM上的噪聲幅值超過了1V。需要注意的是，關注噪聲，不僅需要關注正向噪聲，同樣需要關注疊加在零電平上負向噪聲，負向噪聲過大，同樣會導致DIPIPM損壞。

圖6：PWM信號噪聲例

4.4.3

總結

在出現了DIPIPM的市場失效后，不要急于進行測試，首先需要做的是耐心地整理收集相關市場失效信息，越詳細越好，同時將典型的失效樣品返回生產工廠進行失效解析。除非有明確的市場失效信息或失效解析報告作為證據，否則不要輕易去推測導致失效的原因。在沒有證據即進行相關測試或分析，可能會使失效分析走入誤區，浪費大量時間精力，最后發現自己的推測是不對的。

在對整機進行測試時，除非有明確的證據，否則需要對DIPIPM全部相關工作波形進行詳細測試，不要有遺漏。測試過程中，需要及時排除測試過程中的干擾，例如示波器探頭引入的干擾、其它電器設備引起的干擾、探頭本身的精度等，只有那些能夠確定來源的干擾或噪聲，才是需要重點分析的，也是可能導致DIPIPM失效的原因。對于那些偶然出現卻又不能確定其源頭的噪聲等，不能輕易認為這些噪聲是導致DIPIPM損壞的原因。

最后分享的是關于寄生參數的理解，由于DIPIPM是一種在大電流?高電壓高速開關的功率器件，不管是DIPIPM本身、PCB、電機、壓縮機還是整機系統本身，都存在大量寄生電容、寄生電感等參數，這些參數會對DIPIPM的工作狀態產生影響，也是導致DIPIPM市場失效的重要原因，需要在設計及失效分析中進行重點關注。

審核編輯：劉清