IGBT的芯片结构及其失效模式分析ppt课件.ppt
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1、IGBT内部结构及常见失效 模式 1 主要内容 一、IGBT的结构 二、IGBT常见的失效模式 三、Q&A 2 一、IGBT的结构 1.芯片结构和特征 3 2.IGBT芯片结构的变迁 4 平面型发展方向: 平面型沟槽型软沟槽型 垂直发展方向: 穿透非穿透场终止 图1.3 IGBT芯片发展历程 5 (ABB 第1代) “128” 正温度系数 软穿通 最大结Tj=150C (Infineon 第3) “T3” 正温度系数 “场终止” 最大结Tj=150C n + n - collector Gate Emitter Trench-IGBT p + 135 m n + p n + n - Colle
2、ctor GateEmitter Trench4 IGBT p + 125 m n + p (Infineon 第4代) “T4” 正温度系数 场终止 最大结Tj=175C 开关损耗降低30% n+ n- Collector Gate Emitter SPT-IGBT p+ p n 135m 6 IGBT模块的封装工序流程: 芯片和DBC焊接邦线DCB和铜底板焊接安装外壳灌注硅胶密封终测 3.IGBT芯片的结构和封装流程 图1.4 IGBT模块构造图图1.5 IGBT模块封装图 7 典型三电平主回路拓扑结构 8 9 10 1.图示8处插入铜排,引出的为1管 的集电极(C级) 2.图示5处接1管
3、的集电极 3.图示4处接1管的门极(G级) 4.图示3处接1管的发射极(E级) 同时为2管的集电极(C极) 同时为钳位二极管的负端 5.图示9处接钳位二极管的正端 6.图示1处接2管的门极(G级) 7.图示2处接2管的发射极(E级) 8.图示10处接2管的发射极(E级) 9.图示6、7两端接热敏电阻的两端 2 4 8 3 5 2 1 6 7 9 10 11 12 13 接线图横 14 七单元系列 15 六单元系列 16 两单元系列 17 18 19 二、IGBT常见的失效模式 1. IGBT失效机理 和其它任何功率半导体器件一样,IGBT工作 的应用可靠性极大程度上依赖于对结温TJ的控制 ,其
4、失效率随结温的递增几乎呈指数递增的关系 。因此,过温失效是IGBT的最重要失效模式。 为了获得尽可能低的通态压降,IGBT选用的 硅单晶电阻率及设计的芯片基区宽度都是被控制 在尽可能小的范围,这决定了IGBT的集电极额定 击穿电压并不像工频器件那样可有较大的余量, 因此当IGBT承受的电压超过其额定值时极有可能 造成永久性损坏电压击穿失效。 20 当IGBT关断过高的脉冲集电极电流ICM时同 样可能产生较高的集电极电压VCE而产生电压击 穿失效。多数器件制造商推荐的IGBT工作电压 VCE的上限值为80额定电压。 IGBT的栅极和MOSFET一样多属于MOS( 金属-氧化物-半导体)结构,当栅
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