正高電氣：可控硅模塊失效機理與可靠性提升

來源：發(fā)布時間：2025-10-10

可控硅模塊作為電力電子系統(tǒng)中的重點功率器件，其穩(wěn)定運行直接決定整體設(shè)備的工作效率與使用壽命。在長期服役過程中，受多因素疊加影響，可控硅模塊易出現(xiàn)性能衰減甚至失效，深入分析失效機理并制定針對性提升措施，對保障電力電子系統(tǒng)可靠性具有重要意義。

從失效機理來看，可控硅模塊的失效可歸為四大類型。其一為電氣應(yīng)力失效，在高頻開關(guān)、電壓驟升驟降或過電流工況下，模塊內(nèi)部PN結(jié)易因電場強度超出耐受極限產(chǎn)生擊穿，或因電流密度過高引發(fā)局部過熱，導致芯片晶格結(jié)構(gòu)損壞，進而喪失導通與關(guān)斷功能。其二是熱失效，可控硅模塊工作時會產(chǎn)生功率損耗，若散熱設(shè)計不合理，熱量堆積會使模塊結(jié)溫持續(xù)升高，加速內(nèi)部封裝材料老化，破壞芯片與基板間的熱傳導路徑，形成“過熱-性能下降-熱損耗增加”的惡性循環(huán)，引發(fā)模塊失效。其三為機械應(yīng)力失效，模塊封裝過程中，芯片、基板、外殼等不同材料的熱膨脹系數(shù)存在差異，長期溫度循環(huán)會導致界面產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，引發(fā)焊點開裂、引線斷裂或基板翹曲，破壞電氣連接與熱傳導通道。其四是環(huán)境因素失效，潮濕、粉塵、腐蝕性氣體等環(huán)境污染物會滲透至模塊內(nèi)部，導致絕緣性能下降，引發(fā)漏電流增大或內(nèi)部短路；同時，振動沖擊會加劇機械結(jié)構(gòu)損傷，進一步縮短模塊壽命。

可控硅模塊失效機理與可靠性提升

針對上述失效機理，可控硅模塊可靠性提升需從設(shè)計、材料、工藝、應(yīng)用全流程入手。在材料選擇上，應(yīng)采用高導熱、低膨脹系數(shù)的陶瓷基板與金屬基復(fù)合材料，減少熱應(yīng)力產(chǎn)生；選用耐老化、高絕緣強度的封裝膠與灌封材料，提升環(huán)境適應(yīng)性。工藝優(yōu)化方面，需改進芯片焊接工藝，采用無鉛焊料與超聲焊接技術(shù)，增強焊點可靠性；強化封裝密封性檢測，避免污染物侵入。設(shè)計層面，應(yīng)優(yōu)化模塊散熱結(jié)構(gòu)，結(jié)合仿真分析提升熱傳導效率；合理匹配電路參數(shù)，降低電氣應(yīng)力沖擊；引入冗余設(shè)計，提升極端工況下的容錯能力。此外，在應(yīng)用環(huán)節(jié)，需根據(jù)實際工況制定合理的散熱方案與保護策略，避免模塊長期處于超負荷運行狀態(tài)，同時定期開展性能檢測與維護，及時發(fā)現(xiàn)潛在失效風險。
通過對可控硅模塊失效機理的系統(tǒng)分析與多維度可靠性提升措施的實施，可有效延長模塊使用壽命，降低電力電子系統(tǒng)故障概率，為工業(yè)控制、新能源發(fā)電、軌道交通等領(lǐng)域的穩(wěn)定運行提供有力保障。

標簽：正高電氣可控硅模塊廠家山東可控硅模塊

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