如何判断IGBT模块的寿命及可靠性

IGBT模块的寿命和可靠性方面的话题，对于很多人来说接近于一门玄学了。

早期失效、浴盆曲线、宇宙射线、机械疲劳、环境腐蚀……

大部分学电气工程专业出身的IGBT应用工程师，看到这些词汇估计会有点懵懵的。

使用寿命和可靠性其实是两个话题，但是又相互关联。为了方便大家理解，我们用运动鞋来打比方。

当你直接问我某款IGBT的使用寿命时，就类似于你问运动鞋厂家这双鞋我能穿多久？不负责任的回答一般是“两三年”吧。负责任的会反过来问“使用者的体重？每天穿的时间？步数？每天穿的场景？下雨天穿不穿……”

大部分人可能更喜欢不负责的那种回答，因为简单，不费脑子，而且鞋的磨损是肉眼可见的，随时坏了都可以买新的。

而IGBT不一样，你无法用简单直观的方法去了解实时的消耗状态，如果不提前预测使用寿命，那只能等到什么时候在使用现场天天放鞭炮了才知道，我估计用你变流器的客户一定不能同意这么干，所以大家还得动动脑子，跟我学习下IGBT的可靠性与寿命。

IGBT模块在使用中的故障率基本是符合下图中的浴盆曲线的。早期失效期的原因大多为：IGBT模块使用安装的失误、周边元件的性能稳定性，或IGBT模块自身存在的缺陷等。

早期失效一般是用户不能接受的，因此IGBT厂家和变流器厂家都会做一些测试，将早期失效筛选出来。但是现在对早期失效的时间范围有一些争议，基本上IGBT厂商认为刚刚装上变流器，刚上电不久就失效了，这种情况有可能是使用不当导致的，也有可能是IGBT自身的早期失效导致的。但是有些用户认为装机跑了一两年以内的都算早期失效……虽然这让人非常无语，但是也并非全无道理。

而损耗失效是物理规律，东西买回去就算不用，放足够久了也会坏的。

损耗失效也就是我们俗称的使用寿命到了，但是我们讲这个寿命不是指个体寿命，而是指同条件下一大批的统计寿命。

所以你客户一次买了你一百台变流器，并不是到了某一天咔嚓100台同时坏掉，而是今天坏一个，明天坏俩，后天坏五个……这种节奏。故障率越来越高，可靠性越来越差。

那到底故障率高到什么程度就该认为这一批产品寿终正寝了呢？这就是各自厂家自己定的指标了，我不知道变流器厂家会怎么定，因为变流器的行业跨度非常大，每个行业对可靠性的敏感度也不一样。

IGBT的厂商对寿命故障率的指标定义也不太相同，有的定义为B5，有的是B10。B5，B10是置信率，就是故障率5%，10%的意思，但是这种失效必须是持续升高的并最终到达100%的，威布尔分布的表达方式。如果中间因故偶发出了5%的故障，但后续解决了问题故障率又降下来，这种情况就不能用B5来表示。

同样IGBT模块用B5来统计的话，计算寿命会短一些，用B10计算寿命会长一些。总之一条永恒的规律，一分钱一分货！

大家看到这里可能有点迷惑，你说这个B5、B10置信率到底是厂家给的什么数据？这里就引出了另一个概念，功率循环。有机会我们再给大家讲讲功率循环。

世间万物很多事情是相通的，我经常拿IGBT的寿命和人的一生来作为比较。听起来有点不吉利，但是死亡就是两种，意外死亡和寿终正寝。

意外死亡就是超过了IGBT安全限制的失效，大部分是设计不当或系统故障导致的，例如短路过流、过压、过温等失效，大部分是可以通过改进优化或增加保护来避免的。

也有命不好，飞来横祸，例如宇宙射线导致的失效，这种失效只有失效率是人为可控的，但是什么时候发生基本上无法预知。就像彩票，中奖概率是人为可控的，但是中不中奖就是纯粹的运气了。

最关键的一条，敲黑板大家注意了，系统的可靠性高并不代表寿命长！！

比如说A厂家的变流器设计寿命只有五年，但五年内基本不坏，FIT值保持在100以内，这个叫可靠性高，但寿命短。

而B厂家的变流器设计寿命有10年，但十年中常常失效，FIT保持在1000左右，这个寿命长，但可靠性差。

这又带出来了FIT这个概念，1个FIT代表每10亿小时发生一起失效，为啥要用FIT来表征失效率？而不是百分比？因为单纯的百分比不能体现出失效的时间，而FIT包含了使用时长的信息。

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