如何判斷IGBT模塊的壽命及可靠性

IGBT模塊的壽命和可靠性方面的話題，對于很多人來說接近于一門玄學了。

早期失效、浴盆曲線、宇宙射線、機械疲勞、環境腐蝕……

大部分學電氣工程專業出身的IGBT應用工程師，看到這些詞匯估計會有點懵懵的。

使用壽命和可靠性其實是兩個話題，但是又相互關聯。為了方便大家理解，我們用運動鞋來打比方。

當你直接問我某款IGBT的使用壽命時，就類似于你問運動鞋廠家這雙鞋我能穿多久？不負責任的回答一般是“兩三年”吧。負責任的會反過來問“使用者的體重？每天穿的時間？步數？每天穿的場景？下雨天穿不穿……”

大部分人可能更喜歡不負責的那種回答，因為簡單，不費腦子，而且鞋的磨損是肉眼可見的，隨時壞了都可以買新的。

而IGBT不一樣，你無法用簡單直觀的方法去了解實時的消耗狀態，如果不提前預測使用壽命，那只能等到什么時候在使用現場天天放鞭炮了才知道，我估計用你變流器的客戶一定不能同意這么干，所以大家還得動動腦子，跟我學習下IGBT的可靠性與壽命。

IGBT模塊在使用中的故障率基本是符合下圖中的浴盆曲線的。早期失效期的原因大多為：IGBT模塊使用安裝的失誤、周邊元件的性能穩定性，或IGBT模塊自身存在的缺陷等。

早期失效一般是用戶不能接受的，因此IGBT廠家和變流器廠家都會做一些測試，將早期失效篩選出來。但是現在對早期失效的時間范圍有一些爭議，基本上IGBT廠商認為剛剛裝上變流器，剛上電不久就失效了，這種情況有可能是使用不當導致的，也有可能是IGBT自身的早期失效導致的。但是有些用戶認為裝機跑了一兩年以內的都算早期失效……雖然這讓人非常無語，但是也并非全無道理。

而損耗失效是物理規律，東西買回去就算不用，放足夠久了也會壞的。

損耗失效也就是我們俗稱的使用壽命到了，但是我們講這個壽命不是指個體壽命，而是指同條件下一大批的統計壽命。

所以你客戶一次買了你一百臺變流器，并不是到了某一天咔嚓100臺同時壞掉，而是今天壞一個，明天壞倆，后天壞五個……這種節奏。故障率越來越高，可靠性越來越差。

那到底故障率高到什么程度就該認為這一批產品壽終正寢了呢？這就是各自廠家自己定的指標了，我不知道變流器廠家會怎么定，因為變流器的行業跨度非常大，每個行業對可靠性的敏感度也不一樣。

IGBT的廠商對壽命故障率的指標定義也不太相同，有的定義為B5，有的是B10。B5，B10是置信率，就是故障率5%，10%的意思，但是這種失效必須是持續升高的并最終到達100%的，威布爾分布的表達方式。如果中間因故偶發出了5%的故障，但后續解決了問題故障率又降下來，這種情況就不能用B5來表示。

同樣IGBT模塊用B5來統計的話，計算壽命會短一些，用B10計算壽命會長一些。總之一條永恒的規律，一分錢一分貨！

大家看到這里可能有點迷惑，你說這個B5、B10置信率到底是廠家給的什么數據？這里就引出了另一個概念，功率循環。有機會我們再給大家講講功率循環。

世間萬物很多事情是相通的，我經常拿IGBT的壽命和人的一生來作為比較。聽起來有點不吉利，但是死亡就是兩種，意外死亡和壽終正寢。

意外死亡就是超過了IGBT安全限制的失效，大部分是設計不當或系統故障導致的，例如短路過流、過壓、過溫等失效，大部分是可以通過改進優化或增加保護來避免的。

也有命不好，飛來橫禍，例如宇宙射線導致的失效，這種失效只有失效率是人為可控的，但是什么時候發生基本上無法預知。就像彩票，中獎概率是人為可控的，但是中不中獎就是純粹的運氣了。

最關鍵的一條，敲黑板大家注意了，系統的可靠性高并不代表壽命長！！

比如說A廠家的變流器設計壽命只有五年，但五年內基本不壞，FIT值保持在100以內，這個叫可靠性高，但壽命短。

而B廠家的變流器設計壽命有10年，但十年中常常失效，FIT保持在1000左右，這個壽命長，但可靠性差。

這又帶出來了FIT這個概念，1個FIT代表每10億小時發生一起失效，為啥要用FIT來表征失效率？而不是百分比？因為單純的百分比不能體現出失效的時間，而FIT包含了使用時長的信息。

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