4.4.2

DIPIPM失效分析技術(shù)要點(diǎn)

在了解了DIPIPM失效分析的流程后是不是會(huì)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(bào)告的解讀、分析都需要相應(yīng)的專業(yè)技能作為背景，對整機(jī)進(jìn)行的測試也需要相應(yīng)的測試技能。這些技能需要較長時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累。下面就失效分析過程中的一些要點(diǎn)及需要的技能進(jìn)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(jìn)行分析會(huì)直接關(guān)系到是否會(huì)在最短的時(shí)間內(nèi)找到分析線索。失效信息分析的重點(diǎn)是根據(jù)整機(jī)的工作特點(diǎn)來對失效樣品進(jìn)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(jī)的工作模式、電路結(jié)構(gòu)、各個(gè)相關(guān)部件關(guān)聯(lián)關(guān)系等才可能對信息進(jìn)行有效地歸類。以變頻空調(diào)為例，空調(diào)常見的工作模式為制冷、制熱、通風(fēng)、除濕、化霜等模式。空調(diào)電路中包含了風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、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(huì)相互影響，同時(shí)也可能對DIPIPM的正常工作產(chǎn)生影響，某些情況下甚至導(dǎo)致DIPIPM損壞。如繼電器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生比較大的電磁干擾；電子膨脹閥工作時(shí)，會(huì)對DIPIPM 15V電源的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響；交流接觸器開關(guān)也會(huì)產(chǎn)生較大的電磁干擾等。

如果根據(jù)故障分析報(bào)告，DIPIPM的損壞是過熱失效，由于夏天制冷工況下，更容易出現(xiàn)DIPIPM的過熱失效，反映在故障信息中按照損壞的時(shí)間去統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)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(dǎo)致失效的概率低。對整機(jī)的實(shí)際工作環(huán)境也需要充分了解，例如根據(jù)失效信息統(tǒng)計(jì)失效發(fā)生在某些特定的地區(qū)，且損壞比較集中，則失效可能與該地空調(diào)整機(jī)的使用環(huán)境有關(guān)，比如該地區(qū)電網(wǎng)不穩(wěn)定、環(huán)境溫度超出空調(diào)允許的最大環(huán)境溫度等。

4.4.2.2 DIPIPM失效解析報(bào)告解讀

在閱讀完失效解析報(bào)告后，不同的人可能有不同的分析和解讀，對DIPIPM的結(jié)構(gòu)、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(bào)告。不同的人對DIPIPM的關(guān)注點(diǎn)和了解角度可能不同。以下圖3為例，通常整機(jī)的設(shè)計(jì)工程師會(huì)關(guān)注和熟悉DIPIPM的接口電路部分，而對于DIPIPM內(nèi)部的電路及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)了解較少，圖3紅框內(nèi)部是HVIC的內(nèi)部端子，在對故障報(bào)告進(jìn)行分析時(shí)需要盡可能的關(guān)注其具體的損壞部位和損壞端子。如果解析報(bào)告結(jié)論是HVIC過壓損壞，那么需要重點(diǎn)關(guān)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(hào)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(jié)構(gòu)

下圖4、圖5是兩例故障解析報(bào)告的IGBT損壞圖片。根據(jù)解析報(bào)告的圖片來看，圖4 IGBT表面出現(xiàn)了小的黑色壞點(diǎn)，一般來說類似的小的壞點(diǎn)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(shí)間15V電源欠壓引起；圖5中損壞部位發(fā)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(dǎo)致。這些分析的背后需要對DIPIPM的工作機(jī)理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常熟悉，才能做出合理的失效原因推測。以短路保護(hù)為例，由于DIPIPM只能對大于一定脈寬（如2μs）短路電流進(jìn)行保護(hù)，因此在發(fā)生非常小的脈沖短路（如數(shù)百ns）情況下，DIPIPM無法進(jìn)行有效保護(hù)，多次小的短路脈沖會(huì)使IGBT溫度積累升高，從而導(dǎo)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(bào)告通常會(huì)給出可能的失效原因，但這個(gè)失效原因僅僅是基于失效樣品本身，有些情況下，會(huì)給出多個(gè)失效原因供客戶參考。這種情況下，客戶必須結(jié)合失效信息數(shù)據(jù)和整機(jī)的實(shí)際工作環(huán)境來對失效原因進(jìn)行推斷，不能僅僅通過失效解析報(bào)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(shù)據(jù)和失效解析報(bào)告對失效原因進(jìn)行推斷后，需要通過整機(jī)測試進(jìn)行驗(yàn)證，只有在實(shí)際整機(jī)測試中能夠得到驗(yàn)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(diǎn)是某些導(dǎo)致失效的因素如噪聲，只在某些特定工況下出現(xiàn)，比如有時(shí)噪聲只出現(xiàn)在開機(jī)狀態(tài)或關(guān)機(jī)狀態(tài)或某個(gè)溫度下等，這需要對整機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行全面測試，不能有遺漏。在噪聲測試的時(shí)候，更多情況是即使發(fā)現(xiàn)某些工況下存在噪聲，也很難確定噪聲是否會(huì)對DIPIPM的運(yùn)行造成影響。一般來說對于DIPIPM的PWM控制信號(hào)及15V電源大于±1V/μs的噪聲足以對DIPIPM的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，對于空調(diào)等大批量生產(chǎn)的電器設(shè)備來說，這個(gè)級(jí)別的噪聲會(huì)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(guān)注噪聲，不僅需要關(guān)注正向噪聲，同樣需要關(guān)注疊加在零電平上負(fù)向噪聲，負(fù)向噪聲過大，同樣會(huì)導(dǎo)致DIPIPM損壞。

圖6：PWM信號(hào)噪聲例

4.4.3

總結(jié)

在出現(xiàn)了DIPIPM的市場失效后，不要急于進(jìn)行測試，首先需要做的是耐心地整理收集相關(guān)市場失效信息，越詳細(xì)越好，同時(shí)將典型的失效樣品返回生產(chǎn)工廠進(jìn)行失效解析。除非有明確的市場失效信息或失效解析報(bào)告作為證據(jù)，否則不要輕易去推測導(dǎo)致失效的原因。在沒有證據(jù)即進(jìn)行相關(guān)測試或分析，可能會(huì)使失效分析走入誤區(qū)，浪費(fèi)大量時(shí)間精力，最后發(fā)現(xiàn)自己的推測是不對的。

在對整機(jī)進(jìn)行測試時(shí)，除非有明確的證據(jù)，否則需要對DIPIPM全部相關(guān)工作波形進(jìn)行詳細(xì)測試，不要有遺漏。測試過程中，需要及時(shí)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(shè)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(diǎn)分析的，也是可能導(dǎo)致DIPIPM失效的原因。對于那些偶然出現(xiàn)卻又不能確定其源頭的噪聲等，不能輕易認(rèn)為這些噪聲是導(dǎo)致DIPIPM損壞的原因。

最后分享的是關(guān)于寄生參數(shù)的理解，由于DIPIPM是一種在大電流?高電壓高速開關(guān)的功率器件，不管是DIPIPM本身、PCB、電機(jī)、壓縮機(jī)還是整機(jī)系統(tǒng)本身，都存在大量寄生電容、寄生電感等參數(shù)，這些參數(shù)會(huì)對DIPIPM的工作狀態(tài)產(chǎn)生影響，也是導(dǎo)致DIPIPM市場失效的重要原因，需要在設(shè)計(jì)及失效分析中進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。

審核編輯：劉清