壓接型IGBT器件與焊接式IGBT模塊封裝形式的差異最終導(dǎo)致兩種IGBT器件的失效形式和失效機理的不同，如表1所示。本文針對兩種不同封裝形式IGBT器件的主要失效形式和失效機理進(jìn)行分析。

如圖3所示，其實在焊線脫離之前，由于功率循環(huán)的作用，剪切應(yīng)力不斷施加在界面上，會導(dǎo)致焊料層因材料疲勞出現(xiàn)裂紋，裂紋生長甚至出現(xiàn)分層、空洞或氣泡，并最終導(dǎo)致引線的脫落。

接觸面的金屬層重建導(dǎo)致接觸電阻增加是產(chǎn)生故障的根本原因。比如經(jīng)過幾百次功率循環(huán)后，AlN襯底上的鋁層厚度可以達(dá)到300μm，界面的表面粗糙度增加超過10倍。有研究表明引線鍵合邊緣部分下面的重建效應(yīng)被抑制，原因是聚酰亞胺覆蓋層抑制了表面金屬化重建，因為任何覆蓋層都將限制顆粒的運動，如圖7所示。

這種局部燒蝕是由于芯片微小電弧放電所致。相接觸表面有彼此的材料殘留，這種機制與機械工程領(lǐng)域中的電火花加工工藝(electrical discharge machining，EDM)十分相似，所以也可稱這種機理為微小放電。壓接型IGBT器件通過外部施加一定的壓力保持組件間的電氣與機械連接，兩接觸面間的壓力過小會造成接觸不良。接觸不良還會導(dǎo)致接觸面間存在一定的電壓差，進(jìn)而產(chǎn)生電弧放電。T.Poller等人提出了導(dǎo)致壓接型IGBT器件局部接觸不良的原因，如圖10所示。

另一種失效模式可能是柵極和發(fā)射極的氧化層損壞造成的極間短路。一個正常完好的IGBT器件的柵極漏電流通常在微安范圍，那么柵射電阻RGE在千歐級及以下范圍時就可以判定器件短路。進(jìn)一步說就是柵射電阻減小導(dǎo)致柵極漏電流增大。若柵極驅(qū)動電路不能提供已經(jīng)增大了的柵極電流，柵射電壓VGE的值就會下降。這樣就會造成芯片中的導(dǎo)電通道變窄，導(dǎo)致集射電壓VCE階梯狀(如圖12所示，圖中n為循環(huán)次數(shù))。如上所述，集射電壓的變化會造成芯片上的裂痕。如圖13所示，梳狀發(fā)射極上很多有單條裂痕。同時可以從圖13(a)可以看到附加金屬層與發(fā)射極分層，這樣可能導(dǎo)致IGBT芯片和相接觸鉬片相對滑動。

圖14(a)所示的是大范圍裂紋，這就是鉬片一端傾斜導(dǎo)致一端壓力過大造成的。
 
圖14(b)所示IGBT芯片附加金屬區(qū)的裂痕和磨損。圖14(c)所示的是第三種類型裂痕，這是某一小片區(qū)域因為個別點壓力過大造成了芯片的損壞。所有上述的損壞都是因為局部應(yīng)力過大，而壓力過大是由于柵極氧化層的損壞造成的。

彈簧應(yīng)力松弛與材料、溫度和時間有關(guān)，具體函數(shù)關(guān)系可表示為