工程师必读：SiC功率模块失效真相与改进建议

发布时间： 2025-03-19 00:00

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SiC半桥模块作为新一代功率半导体器件，在电力电子产业中发挥着重要作用。它凭借高耐压、低损耗、高效率等特性，显著提升了电力转换系统的性能。在新能源汽车、光伏、储能等领域，SiC半桥模块的应用有效降低了能耗，提高了系统效率和可靠性。

某SiC半桥模块在试验后出现失效，栅极电阻异常降低（10Ω/30Ω，正常为无穷大），DS端短路。现对3pcs NG模块2个OK模块进行失效分析，查找其失效原因。

1.外观&无损检测

所有模块外观未发现开裂、变形、烧焦异常。丝印型号等信息有被打磨痕迹，引脚有焊锡残留，有解焊的痕迹。对3pcs NG模块进行透视检查，结果显示：3pcs NG模块无损检测未发现键合丝断裂、交叉现象，内部未发现有明显烧毁现象。

无损检测

2.IV曲线

NG模块由上下两个MOS（T1和T2）组成，其中下MOS管（T2）明显电学特征异常。

NG1/NG2：下MOS管G-S极短路，D-S极漏电；

NG 3：下MOS管G-D-S极两两短路。

IV曲线

3.C-SAM检测

发现NG3下MOS区域存在严重分层，结合电学特征，NG3应该出现了严重烧毁。其他失效模块及正常模块无分层异常，仅OK1模块C-SAM检查发现基板边缘位置有分层。

C-SAM检测

4.开封

NG3发现下MOS管芯片组中最左侧的芯片严重烧毁。从烧毁形貌分析为过流热致烧毁。NG1和NG2未发现下MOS芯片组明显烧毁。

5.缺陷定位&显微分析

对开封后未发现明显烧毁的NG1和NG2进行缺陷定位，发现：

NG1缺陷定位显示左起第5个MOS芯片上有异常热点。

NG2缺陷定位显示左起第3个MOS芯片上有异常热点，栅极串联电路上有干扰热点。

光学/SEM观察NG1和NG2的MOS芯片异常热点位置，未发现明显异常。

显微分析

6.去层观察（以NG1为例）

NG1和NG2的MOS芯片异常热点位置表面未发现有明显异常，故需要观察衬底。NG1与NG2的失效模式相同，均因栅极过电压导致击穿，故以NG1为例进行详细分析。

图片显示NG1在去层后衬底上对应异常热点的位置有一个电击穿孔。

去层观察

由上述可知NG1的下MOS的GS之间短路是由于栅介质层被电击穿所致。因MOS管的栅极对过电压敏感，推断NG1和NG2是由于下MOS栅极有发生了过电压。该过电压可能是ESD，也有可能是异常的浪涌电压。

7.总结

NG3下MOS管的一个芯片因过流热致烧毁而G、D、S两两短路失效。

NG1和NG2下MOS因栅极过电压击穿而GS短路失效。

8.建议

1）对于过电流热致烧毁，需要改善散热；

2）对于栅极过电压击穿，建议做好ESD防护和栅极浪涌电压抑制。

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