正高电气：可控硅模块失效机理与可靠性提升

来源：发布时间：2025-10-10

可控硅模块作为电力电子系统中的重点功率器件，其稳定运行直接决定整体设备的工作效率与使用寿命。在长期服役过程中，受多因素叠加影响，可控硅模块易出现性能衰减甚至失效，深入分析失效机理并制定针对性提升措施，对保障电力电子系统可靠性具有重要意义。

从失效机理来看，可控硅模块的失效可归为四大类型。其一为电气应力失效，在高频开关、电压骤升骤降或过电流工况下，模块内部PN结易因电场强度超出耐受极限产生击穿，或因电流密度过高引发局部过热，导致芯片晶格结构损坏，进而丧失导通与关断功能。其二是热失效，可控硅模块工作时会产生功率损耗，若散热设计不合理，热量堆积会使模块结温持续升高，加速内部封装材料老化，破坏芯片与基板间的热传导路径，形成“过热-性能下降-热损耗增加”的恶性循环，引发模块失效。其三为机械应力失效，模块封装过程中，芯片、基板、外壳等不同材料的热膨胀系数存在差异，长期温度循环会导致界面产生疲劳应力，引发焊点开裂、引线断裂或基板翘曲，破坏电气连接与热传导通道。其四是环境因素失效，潮湿、粉尘、腐蚀性气体等环境污染物会渗透至模块内部，导致绝缘性能下降，引发漏电流增大或内部短路；同时，振动冲击会加剧机械结构损伤，进一步缩短模块寿命。

可控硅模块失效机理与可靠性提升

针对上述失效机理，可控硅模块可靠性提升需从设计、材料、工艺、应用全流程入手。在材料选择上，应采用高导热、低膨胀系数的陶瓷基板与金属基复合材料，减少热应力产生；选用耐老化、高绝缘强度的封装胶与灌封材料，提升环境适应性。工艺优化方面，需改进芯片焊接工艺，采用无铅焊料与超声焊接技术，增强焊点可靠性；强化封装密封性检测，避免污染物侵入。设计层面，应优化模块散热结构，结合仿真分析提升热传导效率；合理匹配电路参数，降低电气应力冲击；引入冗余设计，提升极端工况下的容错能力。此外，在应用环节，需根据实际工况制定合理的散热方案与保护策略，避免模块长期处于超负荷运行状态，同时定期开展性能检测与维护，及时发现潜在失效风险。
通过对可控硅模块失效机理的系统分析与多维度可靠性提升措施的实施，可有效延长模块使用寿命，降低电力电子系统故障概率，为工业控制、新能源发电、轨道交通等领域的稳定运行提供有力保障。

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