可靠性始终是电力半导体器件使用和变换器设计中的第一要素。随着在各种领域中越来越多使用基于电力半导体器件的变换器，对器件的可靠性要求越来越高。可喜的是，随着半导体材料技术和电力半导体器件工艺技术的不断进步，器件的可靠性也在迅速提高。

通常对高可靠性等级的变换器来说，必须保证电力半导体器件的失效率在10～100FIT之间，其中FIT是失效率，1FIT可以理解为一个器件在10⁹h失效的次数。要实现这样的可靠性，除了要提高电力半导体本身的可靠性外，在变换器设计中还要充分考虑电力半导体特性及可靠性问题，器件的使用条件，以及不同使用条件之间的相互协调。

在实际应用中，即使通过相同制造工艺制造出来的电力半导体器件，由于在变换器中的使用不同，也会导致工作中失效率相差10倍或更多，所以电力半导体器件可靠性，不单纯是器件制造商在器件制造过程中的工艺保障问题，同时也是器件使用者在实际应用中需要考虑的问题。

图6-25 失效率随时间的变化

一般地讲，变换器和电力半导体器件的失效率是按图6-25中的a曲线所示变化的，包含早期失效期，偶然失效期和磨耗失效期，即常说的浴盆曲线。选用电力半导体器件时，根据设备的用途，半导体器件失效发生时造成的影响和相应的保护策略等，需要考虑在整个曲线中的使用，即变换器的使用寿命涵盖的早期失效期，偶然失效期和磨耗失效期三个阶段。

然而，电力半导体器件在失效率上显示出如图6-25中b曲线所示的性质，其随时间的增加而单调下降。也就是说，即使当它们进入到低失效率的偶然失效期时，失效分布指出它只不过处于早期失效期的延长期内。图6-26中给出一个实际的电力半导体器件失效率随时间变化的样例，曲线表明，制造之后马上就有高失效率。然而，如果电力半导体器件经过老化和筛选后，失效率就逐渐降低。这就是高可靠性等级的半导体器件需要采用有效并恰当的高温老化和电气老化筛选的原因。(www.daowen.com)

从上面的分析可以看出，考虑到电力半导体器件失效曲线呈现出的渐降分布，对可靠性要求较高的设备，有必要使用早期失效率低的器件，并针对其主要的失效缺陷，如过电压和短路等采用针对性的措施，来提高器件使用中的可靠性。

当器件装到变换器中，在设备制造厂里进行组装、调试和老化后，器件的失效率会进一步下降，通常这一阶段中主要缺陷的失效率浮动范围应在0.1%以内。如果该值被大幅度超出，那么就是所采用电路的设计，组装工艺，或者半导体器件本身存在问题，应当尽快地查出原因。搁置这个问题可能会导致实际应用中的频繁故障。

图6-26 电力半导体器件失 效率随时间变化曲线

在电力半导体器件的实际使用中，其失效率跟器件承担的额定电压和电流设计也存在关系。实际应用表明，当变换器承受电压较低时，器件失效率会进一步下降。一般地，都需要有一定裕量地选用电力半导体器件。举例来说，在IGBT实际使用时，一般使用条件设定为：电压为最大额定值的2/3，结温小于125℃。

成本与可靠性的问题在高可靠性设备的元件选择中必须加以考虑，同时获得高性能、高可靠性和经济实惠并不简单。因此，为了在实际应用中做出最有价值的设计，应使各因素达到平衡。