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工程師必讀：SiC功率模塊失效真相與改進建議

發布時間： 2025-03-19 00:00

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SiC半橋模塊作為新一代功率半導體器件，在電力電子產業中發揮著重要作用。它憑借高耐壓、低損耗、高效率等特性，顯著提升了電力轉換系統的性能。在新能源汽車、光伏、儲能等領域，SiC半橋模塊的應用有效降低了能耗，提高了系統效率和可靠性。

某SiC半橋模塊在試驗后出現失效，柵極電阻異常降低（10Ω/30Ω，正常為無窮大），DS端短路。現對3pcs NG模塊2個OK模塊進行失效分析，查找其失效原因。

1.外觀&無損檢測

所有模塊外觀未發現開裂、變形、燒焦異常。絲印型號等信息有被打磨痕跡，引腳有焊錫殘留，有解焊的痕跡。對3pcs NG模塊進行透視檢查，結果顯示：3pcs NG模塊無損檢測未發現鍵合絲斷裂、交叉現象，內部未發現有明顯燒毀現象。

2.IV曲線

NG模塊由上下兩個MOS（T1和T2）組成，其中下MOS管（T2）明顯電學特征異常。

NG1/NG2：下MOS管G-S極短路，D-S極漏電；

NG 3：下MOS管G-D-S極兩兩短路。

3.C-SAM檢測

發現NG3下MOS區域存在嚴重分層，結合電學特征，NG3應該出現了嚴重燒毀。其他失效模塊及正常模塊無分層異常，僅OK1模塊C-SAM檢查發現基板邊緣位置有分層。

4.開封

NG3發現下MOS管芯片組中最左側的芯片嚴重燒毀。從燒毀形貌分析為過流熱致燒毀。NG1和NG2未發現下MOS芯片組明顯燒毀。

5.缺陷定位&顯微分析

對開封后未發現明顯燒毀的NG1和NG2進行缺陷定位，發現：

NG1缺陷定位顯示左起第5個MOS芯片上有異常熱點。

NG2缺陷定位顯示左起第3個MOS芯片上有異常熱點，柵極串聯電路上有干擾熱點。

光學/SEM觀察NG1和NG2的MOS芯片異常熱點位置，未發現明顯異常。

6.去層觀察（以NG1為例）

NG1和NG2的MOS芯片異常熱點位置表面未發現有明顯異常，故需要觀察襯底。NG1與NG2的失效模式相同，均因柵極過電壓導致擊穿，故以NG1為例進行詳細分析。

圖片顯示NG1在去層后襯底上對應異常熱點的位置有一個電擊穿孔。

由上述可知NG1的下MOS的GS之間短路是由于柵介質層被電擊穿所致。因MOS管的柵極對過電壓敏感，推斷NG1和NG2是由于下MOS柵極有發生了過電壓。該過電壓可能是ESD，也有可能是異常的浪涌電壓。

7.總結

NG3下MOS管的一個芯片因過流熱致燒毀而G、D、S兩兩短路失效。

NG1和NG2下MOS因柵極過電壓擊穿而GS短路失效。

8.建議

1）對于過電流熱致燒毀，需要改善散熱；

2）對于柵極過電壓擊穿，建議做好ESD防護和柵極浪涌電壓抑制。

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