芯课堂 | 整机可靠性核心:功率半导体器件寿命如何科学评估?

2026年04月24日

 

 

功率半导体

作为电力电子设备的 “核心”

寿命直接决定整套设备运行可靠性

如何科学评估功率半导体器件寿命

精准规避失效风险?

是电子电力可靠性设计中

不可忽视的核心重点

 

 

 

 

本文结合

热循环测试

功率循环测试 与 Arrhenius模型

清晰讲解功率器件寿命评估方法

帮你快速掌握实用性

寿命评估思路

 

 

 

 

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如何科学评估功率器件寿命?

功率半导体器件的寿命评估需要考虑多种影响其长期可靠性和性能的因素。最常见的寿命评估方法是了解其失效机制、热循环和电应力这些因素都会导致半导体材料及其封装结构逐渐退化

 

 

评估功率半导体器件寿命之前,

首先:需要获得其工作条件和参数需要重点考虑的主要因素包括变换器的电压和电流等级,了解这些参数有助于我们从器件的数据手册中识别其运行状态。

其次:器件的占空比和开关频率同样重要因为器件在工作过程中产生的能量与其开关频率和导通/关断时间密切相关。

最后:还有一个关键因素是环境温度和冷却方式使用散热器和增加气流有助于降低器件损坏的概率。

 

 

功率半导体通常会在其结温变化的条件下运行。

功率半导体器件的结温因功耗、环境温度和冷却条件变化而波动,其寿命往往受到器件所经历的热循环次数的显著影响反复的加热和冷却循环会在芯片和引线连接处产生机械应力,从而引起热疲劳,最终导致器件失效。温度波动也是引起器件机械应力的重要因素,器件运行温度与环境温度之间的温差越大,材料所承受的机械应力也越大。

 

 

一种基于热循环估算寿命的简便方法是使用 Arrhenius 疲劳寿命模型。Arrhenius 定律可用于估算由于温度变化带来的加速因子。该定律表明,每当温度升高 10 摄氏度,失效机制的应速率大约会翻倍。以下是加速因子与工作温度之间关系的公式:

image.png

 

 

其中:

• E是激活能,是与材料相关的常数, 

• k 是玻尔兹曼常数,

• Tref 是参考温度(以开尔文为单位),

• Toper 是工作温度(以开尔文为单位)。 

 

 

通过这个公式,可以根据已知参考温度下的寿命,估算高温条件下的期望寿命

 

 

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关于芯干线功率半导体器件

寿命评估

 

 

 

 

 

 

目前估算芯干线功率半导体器件寿命的主要方法是基于芯干线的热循环测试和功率循环测试

 

 

芯干线提供图表和功率循环测试结果,用户可从中提取诸如“热结温变化幅度与循环次数之间的关系”、“循环持续时间” 等信息,芯干线还会提供可靠性报告和样例图表,帮助用户更准确地进行寿命预测。

 

 

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芯干线,是费米电气(舟山)有限公司旗下专注于第三代半导体功率器件及模块的研发、销售和应用技术服务的品牌。由功率半导体资深海归博士、电源行业市场精英和一群有创业梦想的年轻专业人士所创建。

 

芯干线自成立以来,深耕于功率半导体GaN HEMT、SiC MOS & SBD、Si MOS & IGBT、IGBT 和 SiC Module等功率器件及模块的研发、销售和应用技术服务;通过了ISO9001生产质量管理体系认证、2024年通过了IATF16949汽车级零部件生产质量管理体系认证,获评国家级高新技术企业品牌、斩获 ASpencore 中国IC设计成就奖等奖项,2025 年再获江苏省潜在独角兽、江苏省创新品牌等殊荣。产品被广泛应用于海洋电子、移动出行、电动工具、低空飞行、消费电子、Ai算力等能源电力转换与应用领域。

芯干线总部位于浙江舟山,分公司遍布南京、深圳、苏州、盐城等国内多地,并延伸至北美与台湾地区,业务版图不断拓展中。

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