电路板工作中不可能不发生芯片或半导体器件的损坏，损坏后，要想从器件的尸体上发现其死因，并能知晓导致其死伤的应力和作用路径，自然就可以很容易的找到以后预防此类问题的解决方案。

但这一切的难点就是如何分析出器件的死因。

这里介绍一种无损探伤的测试路径和分析方法——IV 曲线测试与分析。

对器件失效分析的步骤做一个活动分解，可以分解成四步：

1、具体哪个管脚坏了？

2、坏的管脚坏到了什么程度？

3、是什么应力导致的损坏？

4、怎么解决或预防？

通过 IV 曲线分析，可以轻松地完成第 1、2 条，第 3 条需要那么一丢丢经验和逻辑推理能力，但稍加研究即可掌握，前 3 条解决了之后，至于第 4 条嘛，对于设计师来说，简直就是瓜熟蒂落、水到渠成的事了。

下面以某大型厨电单位所提供的一个 IGBT 的失效分析案例为例子来分析说明。

这种测试方法是对比测试，就是必须得有一个同厂家的好的器件，再有故障器件，两个进行曲线对比。

于是，在该客户单位与我联系的时候，我让他们先提供了一个好的 IGBT，厂家也特大方，同时还寄来了一兜子 20 多个故障片，然后我下载了该器件的 datasheet，如下图的“IGBT 内部结构图”。

然后做对比测试，如下图中的曲线，蓝色线是完好器件的 IV 曲线，红色线是故障器件的曲线，两相对照，差异立现。

哪个管脚坏，坏到了什么程度的问题以一种很显性直观的方式呈现在眼前呢。

然后就是第三步做分析了。

IGBT 的 pin1 是栅极，栅极是绝缘栅，顾名思义，它与其它管脚是绝缘的，通过绝缘栅的电压控制 CE 之间的电流，可以理解为是一个压控电流通路。

因此，gc 之间应该是断开的额，ge 之间也是断开的，由 IV 曲线测试结果，Pin1-Pin2 与 Pin1-Pin3 里的蓝线很明白的说明了这点，只有电压没有电流与横轴重合的那条线不就是表明是断开的意思嘛。

但是红色的线呢（故障器件的曲线），明显不一样，而且成一条过圆心的斜直线，这是典型的电阻特性曲线，说明坏 IGBT 的 gc、ge 端表现为小电阻特性。

而且，斜率越大，说明电阻越小（这一条后面有用）。

Pin2-Pin3 之间表现为二极管的转折特性，这里没有反向击穿的曲线部分，是因为我们的测试是为了发现问题，而不是为了做破坏性试验制造问题，所以反向电压没加到能反向击穿 PN 结的程度。

而且，在 g 极未加电的情况下，ce 通路里的集电极发射极通路也不会导通，只剩下了 ce 通路上的二极管特性。

但是坏的 IGBT 呢，ce 端也表现了小电阻特性（pin2-Pin3、Pin3-Pin2 的红色曲线），而且注意一个细节，这个 pin2-pin3 斜线的斜率与 Pin1-pin2 的红线斜率相比，明显要大，那就是说，其电阻值 Rce 一定小于 Rcg，那就说明 Rce 不是只由 Rcg+Rge 叠加形成过的，应该在 Rce 通路上还有个小电阻特性。

如下图中的红线示意图。

这种损伤一般是电压损伤。

电流损伤是热损伤，有烧的痕迹和味道，而且在这么小电阻的情况下一般是开路；如果是机械损伤，一般是断裂，也表现为开路。

这部分就是经验总结出来的了。

继续往下求索，那是哪里来的高电压呢，而且是电流又不是持续性很大的那种电压，要是持续性电流也较大，就是烧的损伤了。

所以确定为是瞬间高压。

作为功率开关类器件，三个管脚之间都有这么严重的损伤，一般不太可能是 ESD 导致的，极大可能是瞬间尖峰。

能在电路里产生瞬间尖峰电压的一般是两种情况：1、器件管脚接触线上有接插件松动，时松时紧，产生生瞬间通断的打火高压；2、开关通路上有感性器件，电感在导通、断开瞬间，会有反向电动势，其大小为 L*di/dt，现在的控制电路，栅极控制信号的上升沿、下降沿都很陡，基本都在μs、ns 级，一个很小的时间做分母，算出来的结果小不了，但因为每次时间都很短，电流时间很短，不足以积累太多的电流热量，所以不会发生烧毁。

拿到客户提供的电路图，该 IGBT 连接了电机的线圈，该线圈表现为感抗特性，开关电源的源边线圈与开关管的连接方法与此也类似。

在 g 级下降沿的时候，原来线圈上有电流 i 在流过，突然关断瞬间，i 会急剧减小，电感察觉到 i 有变小的趋势，就会产生反向电动势，将线圈里积聚的能量释放出来，此时其类似于电池，但也只是一瞬间而已。

反向电动势的方向，电感线圈下为+，上为 -，大小 Ldi/dt，dt 大小即为控制信号下降沿 ts，这一刻，Vce=U+L*di/dt，但这个电压也就是短短一瞬，毛刺式的尖锋电压。

用带宽比较低的示波器都未必测得出来。

就如被针刺，一次两次，多扎几次后，就如皮肤一样，虽然没有特明显的大血窟窿，但一堆针眼下的 PN 结也就成了小电阻特性。

Vce 电压较高，cg、ge 之间也会有结电容，Vce 的电压被 cg、ge 电容分压后，Vcg 的电压击穿绝缘栅的结电容，也会形成小电阻特性。

经过这一系列的过程，开关管被击穿的道理就讲明白了吧？

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