Причины отказов силовых полупроводниковых приборов: расплавление припоев, повреждение кремниевой структуры, шнурование прямого и обратного токов изменение параметров приборов.

В зависимости от условий пайки и применяемой технологии площадь пустот в соединении может достигать 50% от номинальной площади контактной поверхности. Очевидно, что это приводит, прежде всего, к снижению прочности спая.

При циклической нагрузке приборов током, сопровождающейся попеременными нагревом и охлаждением элементов конструкции в широком интервале температур, припои испытывают значительные механические нагрузки. Поэтому снижение прочности спая вызывает пластические деформации припоя на участках с бездефектным соединением элементов и прогрессирующее ухудшение электрического и теплового контакта вплоть до выхода прибора из строя. Развитию этого механизма отказа способствует также возникновение локальных областей с повышенной температурой, обусловленное искажением линий токов из-за наличия дефектов в спае и значительным увеличением плотности тока на отдельных участках.

В режимах импульсной токовой нагрузки приборов местное повышение температуры может приводить к частичному расплавлению припоя, рекристаллизации и, следовательно, постепенному старению его.

В процессе термоциклирования из-за неидентичности коэффициентов линейного расширения соединяемых элементов (кремний-вольфрам, вольфрам-медь) припой подвергается периодически меняющимся механическим нагрузкам и в осевом и в радиальном направлении.

Положение осложняется еще и тем, что соединяемые элементы неодинаково нагреваются. Поэтому при коротких импульсах тока критическим фактором является не абсолютная температура нагрева, а разность между температурами спаянных элементов конструкции.

Таким образом, число циклов нагрева и охлаждения, которое выдерживает паяное соединение до разрушения, зависит от многих факторов: 1)качества спая, определяющего собственную его механическую прочность, 2)распределения дефектов, 3)физических характеристик материалов, из которых изготовлены соединяемые элементы, 4)режима нагрузки прибора током и др.Усталостное повреждение кремниевой структуры. Трещины Кремний является очень хрупким материалом, и для него характерно малое сопротивление к сдвиговым или растягивающим усилиям.

Поэтому даже ослабленные термокомпенсатором механические напряжения, возникающие из-за неодинакового теплового расширения медного основания и кремния, приводят к постепенному разрушению последнего.

Вероятность повреждения кремния по этой причине увеличивается с увеличением диаметра прибора, так как при этом возрастают напряжения на периферии кремниевого диска.

Разрушение кремния, проявляющееся в виде трещин или расслоений, может происходить и при воздействии разовой перегрузки прибора током.

Особенно важным является предупреждение возможности возникновения такого рода повреждений, когда по условиям работы СПП находится до протекания тока нагрузки при низкой температуре и элементы его конструкции уже подвержены воздействию значительных механических напряжений.

Этот процесс завершается локальным проплавлением кремния.

Амплитуда и длительность допустимого тока перегрузки, при которых исключается процесс шнурования тока, определяются не разностью температур, а максимальной температурой кремния при протекании импульса тока.

Особенно опасным в отношении возможности появления шнурования тока является повышение допустимых значений (di/dt)crit при включении приборов.

Если к моменту перехода тока через нуль температура полупроводниковой структуры превышает критическое значение, то к наиболее нагретой зоне стягивается обратный ток со всей структуры, что может привести к локальному раплавлению кремниевого диска. Критическая температура начала шнурования обратного тока зависит от многих факторов. Существенными из них являются:1)интенсивность охлаждения, 2)удельное сопротивление исходного кремния, 3)параметры (du/dt, Umax) прикладываемого в обратном направлении напряжения.Изменение параметров приборов