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018 IGBT 功率模块常见的失效模式有哪些?

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时间 : 2018-09-22 20:39 浏览量 : 22

018 IGBT 功率模块常见的失效模式有哪些?


IGBT属于复合器件,有MOS器件高速开关和低电压驱动特点, 可以承受高电压和大电流,并且关断延迟时间短,在工业控制领域有广泛的应用,比如高频焊接,逆变器,交流电动机调速, 变频器,电动汽车, UPS,智能家电等。但IGBT 容易损坏,在应用时要注意保护。


IGBT的失效模式

判断IGBT的失效模式一般是根据失效特征,结合器件的结构,模拟结果等进行判断。


1。 过电应力(过压/过流)

IGBT运行超出安全工作区,异物引起短路,地线及电源系统产生的电浪涌,烙铁漏电,仪器或测试台接地不当产生感应电浪涌等,都可以引起电过载失效。

对于静电损伤,不仅有PN结劣化击穿,表面击穿等高电压小电流型失效模式,也有金属化,多晶硅烧毁等大电流模式。


Gate –emitter过压

典型特征:芯片表面出现比较浅的熔化区域,或者在栅极的pad附近出现较小的熔化区域,这种过压的原因很可能是ESD损伤,如果熔化烧毁的区域较大,则不是ESD的典型特征。


Collector –emitter过压

典型特征:在保护环(guard ring)与IGBT单元之间出现点状熔化区域,或者是在保护环上出现熔化区域。


超出反偏安全工作区(RBSOA)

典型特征:在芯片表面的IGBT单元上出现一个较深的,由于熔化而产生的洞,一般是由于关断电流过大,或者IGBT在较高的结温下工作而击穿。


反向恢复二极管(FWD) 超出SOA

典型特征:二极管的阳极区域出现由于熔化产生的洞。


2。 过热损伤:

超出IGBT 承受范围的温度,导致焊料,芯片表面保护层,以及铝层熔化。

典型特征:IGBT上出现较多的分离的,大面积的铝层熔化,芯片下方的焊料有熔融再

流的痕迹, 如球状焊珠。


3. 机械损伤:

振动失效:

典型特征:焊线断裂,并伴有焊线熔断。

安装损伤:

典型特征:基板上有机械损伤痕迹,陶瓷基片上出现裂纹。


4. 器件本身缺陷:

绝缘失效:

典型特征:在硅胶覆盖的铜基材之间出现跳火痕迹,有可能是由于硫的引入生成硫化铜,通过生长使得相邻的铜材之间短路,降低耐压,最终产生跳火现象。原因可能是器件生产过程中的污染引起。


5。 器件老化:

典型特征:铝线脱落,焊接区域出现分层,一般是由于器件达到了设计使用寿命极限。


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