绝缘栅双极型双极 晶体管（IGBT）是一种三端功率半导体器件，主要用作电子开关，其设计旨在兼具高效率和快速开关特性。它广泛应用于许多现代电器中的电力开关控制，例如：变频驱动器（VFD）、电动汽车、火车、变速冰箱、风力涡轮机、灯具镇流器、空调、电饭煲，甚至配备开关放大器的立体声音响系统。

这些器件结构极其复杂、价格昂贵，且对元器件提出了极高的要求。现场IGBT器件的大多数失效机制均可追溯至过高的内部温度和/或热应力。已有充分证据证明并被广泛认可：关键界面处的空隙是导致这些失效的主要因素。 

我们将探讨X射线技术作为生产过程中及生产后立即进行检测的一种无损且不造成损伤的方法。其目的是通过减少气孔来优化工艺，从而提高这些通常更换成本高昂的部件的长期可靠性。这不仅涉及单件成本，还包括部件的位置以及在更换前产生的各项费用。这些部件往往位于偏远或关键位置，一旦发生故障，将导致巨大的成本损失和保修问题。 

家用电器对基于变频器的电机驱动器的需求日益增长，这类驱动器能提供更优异的性能、更舒适的使用体验和更高的能效——这些都是高端产品的“必备要素”。消费者也在使用更先进的家用解决方案，例如电饭煲中的电磁感应式煮饭板。这些新应用将推动 IGBT 在消费类应用领域的增长，但也会给制造周期带来越来越大的价格压力。减少气孔对该技术持续成功至关重要。 

IGBT模块采用分层设计，其目的是在芯片顶部的电路与散热器底部（热量由此散发）之间建立一条高效的低热阻传热路径。在这种典型设计中，包括芯片在内，热量将穿过五层材料。陶瓷基板和散热器的选用，部分原因在于它们对热能传播的阻力较低，热界面材料（TIMs）也是如此。

从上图可以看出，这些组件中存在许多不同种类的材料和受力接头，再加上气孔问题，就为各种失效埋下了隐患。其中大多数失效都发生在现场。 

几乎没有热能穿过间隙（空隙）。相反，热能会被重新导向回芯片。在无间隙区域，热传导和辐射会继续沿材料界面传递，直到在散热器底部，热量被带离模块。间隙的x-y方向总面积越大，回流至芯片的热能就越多，IGBT失效的风险也就越高。 下图对此进行了非常清晰的说明： 

一些公司曾尝试通过建模来预测故障，但由于空隙率并非常量，因此难以将其纳入这些方程中，故该方法并不理想。传统的X射线检测难以清晰显示这种空隙现象，这是因为IGBT组件上存在大量热界面以及非常厚的铜散热片，如下图所示。

此外，还可以轻松、快速地重建该设备或其部分的3D模型，并对其进行切片分析，以研究关键区域。

想进一步了解如何预防IGBT失效吗？请阅读关于此主题的完整白皮书，可免费下载PDF版本。

“与气孔相关的IGBT失效机制”