快恢复二极管应用电路工作过程及失效分析

  1. 快恢复二极管应用电路工作过程
  主版失效表现为IPM炸裂失效、经过对失效主板进行检测分析及大量信息收集，确定二极管、IPM等失效集中在DCT测试工序上电瞬间，压缩机未启动即出现失效，接下来简单分析逆变电路上电脑同工作过程。电路工作简图如图1所示。

 
  二极管失效集中IPM自学电路，对IPM自举电路工作原理及过程进行分析，电压自举抬升就是利用电路自身产生比输入电压更高的电压，实质是利用电容两端电压不能瞬间突变通过对电路进行调节控制来改变电路某点的瞬时电位，自举电路一般由四部分组成，即电源供电部分、自举电阻、自举二极管和自举电容。
 
  2. 工作过程
  系统初始在上电瞬间自举电容两端电压为零，如果IPM需要正常启动工作，驱动电路VCC就需要正常供电，初始化时没有电压，在IPM工作前，需要对自举电容进行充电，通过控制驱动信号足够脉冲数量，精确控制IGBT开通，将电容两端电压抬升至目标电压，具体工作过程为：在上电瞬间需要对自举电容进行充电，下桥臂的IGBT开通将对应相输出电压拉低到地，电源通过自举电阻、自举二极管对电容进行充电。
  当上桥IGBT开通时，输出电压再次升至母线电压水下。电容两端电压因不能突变，两端电压仍保持在供电电压水平，同时给IGBT驱动提供电压。自举二极管反向截止，将弱电电源部分与母线电压有效隔离，避免强电导入弱电击穿电路器件，以上是半个循环，后续周而复始进行。
  电路分沂结果表明，通过对IPM自举电路初始上电工作瞬间工作原理及工乍过程进行分析发现，在电路开始工作之前系统初始化阶段，下桥IGBT开启自举电容充电过程二吸管承受电压最小，二极管不会存在过压失效可能，上桥IGBT开启过程二极管此时起到强弱电的有效隔离，两端承受电压最大，除IP同外为此电路承受电压冲击频率最大器件，如果器件因各种因素导致反向耐压偏低极易出现器件反向耐压不足击穿失效。导致内部IGBT开通异常急剧发热炸裂，所以经过对失效主板分析及器件应用电路分析判断，二极管异常导致炸板，经过实际模拟验证二极管耐压偏低确实可以导致模块炸失效，与下线故障现象一致。
 
  3. 二极管X光透射、电镜扫描分析
  经过对失效二极管进行X光透射分沂，二极管晶元与杜美丝之间焊接部分有焊料融化外延迹象，先烧裂后破损。是融化硅向外延升。使用电镜扫描可以看到有钎料融化迹象，二极管X光透射与电镜扫描分析图片如图2所示。  
  4. 开封解析
  二极管失效经过分析一直是机械应力导致失效，生产过程问题，后采取大比例对异常批次二极管进行全检，来料全险发现多单二极管反向漏电流严重超标，实测值在1000MA以上，二极管全检异常品未进行强电测试，对全检漏电流超标二极管进行开封解析同样存在晶元裂纹，将二极管寄给安森美分析确认晶圆同样有裂纹、开封解析及电镜扫描图如图3所示。  
  5. 二极管晶圆裂纹产生机械应力影响分析
  排查二极管自插环节设备发现，二极管插装后引脚存在严重的应力，两边引脚严重变形。有内应力损伤问题，一般设计要求建议打点位置中心点到元件本体侧面的距离在1.5～2倍的D(本体直径)，实际主板引脚跨距是1:1的尺寸。一般二极管引线跨距设计要求，引线直径在0.7-0.8，弯脚点离本体距离最小要在3.5左右，下线机型集中在使用了PCB 37002488的机型上面，失效位置集中在IPM(D18-D20)当中，而在开关电源电路D701当中该二极管失效较少；根据对PCB板图纸的排查，同一款PCB：IPM(D18-D20)间距为10.16mm，向电源电路D701却为13.6mm。
  按照IPM(D18-D20)间距为10.16mm，达不到此要求，若是弯角时轻微受力再经过波峰焊的作用更容易出问题了；分析判定、部分PCB 35030124二极管插装间距设计不符合厂家推荐的插装间距要求，也不符合我司标准封装库35030124 13.5mm要求。
  二极管插装前剪脚没有固定引脚进行成型，导致二极管插装后左右引脚成型不良，实际设备无法保证，存在应力隐患。
  二极管应用PCB板设计引脚之间插装跨距设计不合格要求，跨距偏小，导致自插受力隐患大。



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