電路板工作中不可能不發(fā)生芯片或半導(dǎo)體器件的損壞，損壞后，要想從器件的尸體上發(fā)現(xiàn)其死因，并能知曉導(dǎo)致其死傷的應(yīng)力和作用路徑，自然就可以很容易的找到以后預(yù)防此類問題的解決方案。

但這一切的難點就是如何分析出器件的死因。

這里介紹一種無損探傷的測試路徑和分析方法——IV 曲線測試與分析。

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對器件失效分析的步驟做一個活動分解，可以分解成四步：

1、具體哪個管腳壞了？

2、壞的管腳壞到了什么程度？

3、是什么應(yīng)力導(dǎo)致的損壞？

4、怎么解決或預(yù)防？

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通過 IV 曲線分析，可以輕松地完成第 1、2 條，第 3 條需要那么一丟丟經(jīng)驗和邏輯推理能力，但稍加研究即可掌握，前 3 條解決了之后，至于第 4 條嘛，對于設(shè)計師來說，簡直就是瓜熟蒂落、水到渠成的事了。

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下面以某大型廚電單位所提供的一個 IGBT 的失效分析案例為例子來分析說明。

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這種測試方法是對比測試，就是必須得有一個同廠家的好的器件，再有故障器件，兩個進行曲線對比。

于是，在該客戶單位與我聯(lián)系的時候，我讓他們先提供了一個好的 IGBT，廠家也特大方，同時還寄來了一兜子 20 多個故障片，然后我下載了該器件的 datasheet，如下圖的“IGBT 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖”。

然后做對比測試，如下圖中的曲線，藍色線是完好器件的 IV 曲線，紅色線是故障器件的曲線，兩相對照，差異立現(xiàn)。

哪個管腳壞，壞到了什么程度的問題以一種很顯性直觀的方式呈現(xiàn)在眼前呢。

然后就是第三步做分析了。

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IGBT 的 pin1 是柵極，柵極是絕緣柵，顧名思義，它與其它管腳是絕緣的，通過絕緣柵的電壓控制 CE 之間的電流，可以理解為是一個壓控電流通路。

因此，gc 之間應(yīng)該是斷開的額，ge 之間也是斷開的，由 IV 曲線測試結(jié)果，Pin1-Pin2 與 Pin1-Pin3 里的藍線很明白的說明了這點，只有電壓沒有電流與橫軸重合的那條線不就是表明是斷開的意思嘛。

但是紅色的線呢（故障器件的曲線），明顯不一樣，而且成一條過圓心的斜直線，這是典型的電阻特性曲線，說明壞 IGBT 的 gc、ge 端表現(xiàn)為小電阻特性。

而且，斜率越大，說明電阻越小（這一條后面有用）。

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Pin2-Pin3 之間表現(xiàn)為二極管的轉(zhuǎn)折特性，這里沒有反向擊穿的曲線部分，是因為我們的測試是為了發(fā)現(xiàn)問題，而不是為了做破壞性試驗制造問題，所以反向電壓沒加到能反向擊穿 PN 結(jié)的程度。

而且，在 g 極未加電的情況下，ce 通路里的集電極發(fā)射極通路也不會導(dǎo)通，只剩下了 ce 通路上的二極管特性。

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但是壞的 IGBT 呢，ce 端也表現(xiàn)了小電阻特性（pin2-Pin3、Pin3-Pin2 的紅色曲線），而且注意一個細節(jié)，這個 pin2-pin3 斜線的斜率與 Pin1-pin2 的紅線斜率相比，明顯要大，那就是說，其電阻值 Rce 一定小于 Rcg，那就說明 Rce 不是只由 Rcg+Rge 疊加形成過的，應(yīng)該在 Rce 通路上還有個小電阻特性。

如下圖中的紅線示意圖。

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這種損傷一般是電壓損傷。

電流損傷是熱損傷，有燒的痕跡和味道，而且在這么小電阻的情況下一般是開路；如果是機械損傷，一般是斷裂，也表現(xiàn)為開路。

這部分就是經(jīng)驗總結(jié)出來的了。

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繼續(xù)往下求索，那是哪里來的高電壓呢，而且是電流又不是持續(xù)性很大的那種電壓，要是持續(xù)性電流也較大，就是燒的損傷了。

所以確定為是瞬間高壓。

作為功率開關(guān)類器件，三個管腳之間都有這么嚴重的損傷，一般不太可能是 ESD 導(dǎo)致的，極大可能是瞬間尖峰。

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能在電路里產(chǎn)生瞬間尖峰電壓的一般是兩種情況：1、器件管腳接觸線上有接插件松動，時松時緊，產(chǎn)生生瞬間通斷的打火高壓；2、開關(guān)通路上有感性器件，電感在導(dǎo)通、斷開瞬間，會有反向電動勢，其大小為 L*di/dt，現(xiàn)在的控制電路，柵極控制信號的上升沿、下降沿都很陡，基本都在μs、ns 級，一個很小的時間做分母，算出來的結(jié)果小不了，但因為每次時間都很短，電流時間很短，不足以積累太多的電流熱量，所以不會發(fā)生燒毀。

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拿到客戶提供的電路圖，該 IGBT 連接了電機的線圈，該線圈表現(xiàn)為感抗特性，開關(guān)電源的源邊線圈與開關(guān)管的連接方法與此也類似。

在 g 級下降沿的時候，原來線圈上有電流 i 在流過，突然關(guān)斷瞬間，i 會急劇減小，電感察覺到 i 有變小的趨勢，就會產(chǎn)生反向電動勢，將線圈里積聚的能量釋放出來，此時其類似于電池，但也只是一瞬間而已。

反向電動勢的方向，電感線圈下為+，上為 -，大小 Ldi/dt，dt 大小即為控制信號下降沿 ts，這一刻，Vce=U+L*di/dt，但這個電壓也就是短短一瞬，毛刺式的尖鋒電壓。

用帶寬比較低的示波器都未必測得出來。

就如被針刺，一次兩次，多扎幾次后，就如皮膚一樣，雖然沒有特明顯的大血窟窿，但一堆針眼下的 PN 結(jié)也就成了小電阻特性。

Vce 電壓較高，cg、ge 之間也會有結(jié)電容，Vce 的電壓被 cg、ge 電容分壓后，Vcg 的電壓擊穿絕緣柵的結(jié)電容，也會形成小電阻特性。

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經(jīng)過這一系列的過程，開關(guān)管被擊穿的道理就講明白了吧？

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