1 概述
| 项目 |
内容 |
| 失效对象 |
电动压缩机控制器（三相全桥逆变器，6× IGBT，TO-247 封装） |
| 母线电压 |
直流母线 ~310V |
| 失效现象 |
整机上电后功率级炸管（炸壳冒烟、母线保险熔断） |
| 根本原因 |
IGBT 金属法兰与 C 极等电位，6 管共用散热片未加绝缘垫片，散热片将不同电位的集电极短接，造成桥臂直通 |
2 失效现象描述
- 现象：上电瞬间或低速启动阶段，桥臂 IGBT 炸壳、冒烟，母线熔断器熔断；
- 损坏位置：三相桥臂功率管（通常上下桥臂同时损坏，伴生栅极驱动电阻、母线铜皮烧蚀）；
- 失效特征：上电前外观与常规测试未发现明显短路，绝缘环节漏检散热片与功率管之间。
3 失效机理
- 封装事实 ：TO-247 封装的 IGBT，芯片集电极直接焊接于金属引线框架，安装法兰与 C 极导通；
- 短路形成 ：6 颗管子锁于同一铝散热片且无绝缘垫 → 散热片将 6 个 C 极短接；上桥臂 C 极本应接 +310V，下桥臂 C 极本应接输出相 U/V/W，两者电位完全不同；
- 直通回路 ：下桥臂管子一旦收到 PWM 导通信号，回路成为 +310V → 上管 C → 散热片 → 下管 C → 导通的下管 → −BUS，直流母线被金属散热片与导通管直接贯通；
- 热击穿：短路电流瞬时达数百安培，IGBT 短路耐受时间仅约 10μs，保护来不及动作，结温骤升→金属化层熔化、键合线烧断、芯片击穿→炸管。
4 验证与复现
| 验证项 |
方法 |
结果 |
| 绝缘电阻复测 |
断电后万用表/兆欧表测散热片-管壳、散热片-机壳、管壳-C 极 |
0Ω 导通，证实未绝缘 |
| 失效解剖 |
检查炸管芯片损伤区 |
主通流区过烧，符合直通过流特征（非过压、非过温） |
| 对比试验 |
补加导热绝缘垫片后重复上电 |
正常运行，复现消除 |
| 波形确认 |
上电同步记录母线电流 |
直通时刻出现数百 A 电流尖峰 |
5 根本原因追溯（5 Why）
- 为什么炸管？→ 桥臂直通过流热击穿；
- 为什么直通？→ 散热片短接了上下桥臂 C 极；
- 为什么短接？→ 管子法兰=C 极，6 管共散热片、无绝缘垫片；
- 为什么没加垫片？→ BOM/装配未规定绝缘件；
- 为什么没规定？→ 设计评审与检验清单缺"散热绝缘"检查项。
6 整改措施
| 性质 |
措施 |
| 短期（在制品/库存） |
每颗功率管与散热片间补装导热绝缘垫片（硅胶垫/陶瓷片），固定螺丝加绝缘套管+绝缘垫圈；100% 复测绝缘电阻 |
| 长期（设计） |
优先选用底板绝缘的功率模块 （DBC 陶瓷基板），从根上消除垫片依赖 |
| 测试固化 |
上电前必测：散热片对各 C 极、对机壳绝缘电阻（判定阈值 ≥100MΩ） |
7 预防措施
- DFM/DFA 检查表新增"功率器件绝缘垫片、螺丝绝缘件"专项；
- 制程检验：散热片对 C 极绝缘电阻 100% 检测；
- 结构评审：散热片接地方案（保护地/浮地）按 EMC 设计评审；
- 高压项目：优先绝缘底板模块，减少装配依赖。
8 结论
根因明确为"IGBT 散热片绝缘缺失导致桥臂直通"，短期整改（加绝缘垫片+螺丝套管）已验证有效，长期通过绝缘底板模块与检验规范固化预防。
8D 报告：IGBT 与散热片未加绝缘垫片导致桥臂直通失效
报告编号：待填 · 产品：电动压缩机控制器 · 编制：研发测试部 · 日期：待填
| 角色 |
部门 |
职责 |
| 组长 |
质量/项目 |
8D 推进、跨部门协调、客户对接 |
| 成员 |
硬件设计 |
根因分析、设计变更、BOM 更新 |
| 成员 |
结构设计 |
散热片/垫片/螺丝绝缘方案 |
| 成员 |
工艺/SMT |
装配 SOP 修订、作业防错 |
| 成员 |
测试 |
失效复现、验证测试、绝缘测试项固化 |
| 成员 |
质量/IQC |
制程检验标准、在制品拦截 |
| 成员 |
采购 |
绝缘垫片选型与供应商确认 |
D2 --- 问题描述（Describe the Problem）
按 5W2H 量化描述：
| 项 |
内容 |
| What |
整机上电后三相桥臂 IGBT 炸管（炸壳冒烟），母线熔断器熔断 |
| Where |
功率板三相全桥（6× TO-247 IGBT），U/V/W 桥臂 |
| When |
上电瞬间/低速启动阶段 |
| Who |
测试部例行上电测试中发现 |
| Which/How many |
待填：本批次 N 台中 M 台失效，不良率 X% |
| How |
上电前外观无异常，常规电测未报短路 |
D3 --- 临时遏制措施（Interim Containment Actions）
| 措施 |
责任 |
完成时间 |
| 未出货批次全部扣留、标识、隔离 |
质量仓库 |
待填 |
| 在制品/库存品 100% 拆开补装导热绝缘垫片+绝缘螺丝套管 |
工艺 |
待填 |
| 所有产品上电前强制加测：散热片对 C 极/对机壳绝缘电阻（≥100MΩ） |
测试 |
立即执行 |
| 已出货批次评估拦截/召回必要性 |
质量+项目 |
待填 |
| 试产/研发样机排查同结构产品 |
硬件 |
待填 |
ICA 验证：加测后连续 待填：N 台上电测试 0 炸管。
D4 --- 根本原因分析（Root Cause Analysis）
区分发生原因 与流出原因：
| 维度 |
5Why |
结论 |
| 为什么发生 |
①炸管→桥臂直通过流 → ②直通→散热片短接上下桥臂 C 极 → ③短接→管子法兰=C 极、6 管共散热片无绝缘 → ④无绝缘→BOM/装配未规定垫片 → ⑤未规定→设计评审未识别该风险 |
设计输入缺失：散热片绝缘要求未写入设计规范 |
| 为什么流出 |
①上电前没拦住→没发现短路 → ②没发现→常规测试无"散热片-C 极绝缘"项 → ③没这项→检验指导书/测试规范漏项 → ④漏项→DFMEA 未识别该失效模式 |
检验与 FMEA 漏项：制程测试无法拦截"未绝缘" |
机理确认：
TO-247 法兰=C 极；6 管共散热片 → 散热片短接 +310V 与输出相 → 下管 PWM 导通时母线直通 → 数百 A 短路电流 → 超 10μs 短路耐量 → 热击穿炸管（解剖、绝缘电阻复测、加垫片对比试验均已验证）。
D5 --- 选择永久纠正措施（Choose Permanent Corrective Actions）
| 方案 |
内容 |
评估 |
| PCA-1（设计） |
BOM 正式增加导热绝缘垫片（硅胶垫/陶瓷片，明确厚度与热阻规格）+ 螺丝绝缘套管/垫圈 |
选定 |
| PCA-2（设计升级） |
新一代产品优先采用底板绝缘的 IGBT 功率模块（DBC 陶瓷基板），取消装配垫片依赖 |
中长期立项 |
| PCA-3（测试） |
上电前固化"散热片对 C 极/机壳绝缘电阻 ≥100MΩ"必测项 |
选定 |
| PCA-4（流程） |
DFM/设计评审 checklist 新增"散热片绝缘"专项 |
选定 |
D6 --- 实施并验证 PCA（Implement & Validate）
| 实施项 |
状态 |
| BOM/SOP/检验指导书更新发布 |
待填：完成日期 |
| 装配作业增加垫片+套管工位，防错（漏装报警） |
待填 |
| 绝缘电阻测试写入出厂测试规范（测试程序固化） |
待填 |
验证结果：
| 验证项 |
判定标准 |
结果 |
| 绝缘电阻 |
散热片-C 极、散热片-机壳 ≥100MΩ |
待填：实测值 |
| 上电/功能测试 |
连续 N 台上电，0 炸管、0 报警 |
待填 |
| EMC 复测 |
补垫片后 EMI 无恶化（垫片对散热路径影响已确认） |
待填 |
| 温升 |
满载运行，IGBT 结温/散热器温升在规格内 |
待填 |
D7 --- 预防再发生（Prevent Recurrence）
- 横向展开：同平台/同功率级的其他控制器项目全面排查散热片绝缘设计；
- FMEA 更新：DFMEA/PFMEA 新增"散热片未绝缘→桥臂直通"失效模式，评估严重度/频度/探测度；
- 规范固化：发布《功率器件散热安装设计规范》，明确绝缘垫片、螺丝绝缘、散热片接地策略；
- 培训：装配、IQC、测试人员专项培训（绝缘件识别与漏装防错）；
- 经验库 ：案例录入公司失效教训库，新设计评审强制评审该 checklist。
D8 --- 表彰团队与结案（Recognize the Team）
- 团队贡献：在 待填 个工作日内完成根因定位、临时遏制与永久措施验证；
- 结案评审：待填：评审日期，客户/内部认可；
- 经验总结：将"功率器件散热绝缘"纳入设计准入条件，同类风险归零。