IGBT的芯片结构及失效模式.ppt
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1、IGBTIGBT内部结构及常见失效内部结构及常见失效模式模式主要内容主要内容一、一、IGBT的结构的结构二、二、IGBT常见的失效模式常见的失效模式三、三、Q&A一、IGBT的结构1.芯片结构和特征芯片结构和特征2.IGBT芯片结构的变迁 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图1.3 IGBT1.3 IGBT芯片发展历程芯片发展历程(ABB(ABB 第第1 1代代)“128128”正温度系数正温度系数软穿通软穿通最大结最大结Tj=150Tj=150CC(Infineon(Infineon 第第3)3)“T3T3”正温度系数正温度系数“场终止场终止”最大结最大结
2、Tj=150Tj=150CCn n+n n-collectorcollectorGateGateEmitterEmitterTrench-IGBTTrench-IGBT p p+135135 m mn n+p pn n+n n-CollectorCollectorGateGateEmitterEmitterTrench4 IGBTTrench4 IGBTp p+125125 m mn n+p p(Infineon(Infineon 第第4 4代代)“T4T4”正温度系数正温度系数场终止场终止最大结最大结Tj=175Tj=175CC开关损耗降低开关损耗降低30%30%n n+n n-Collec
3、torCollectorGateGateEmitterEmitterSPT-IGBTSPT-IGBTp p+p pn n135135m mIGBTIGBT模块的封装工序流程模块的封装工序流程:芯片和芯片和DBCDBC焊接邦线焊接邦线DCBDCB和铜底板焊接和铜底板焊接安装外壳安装外壳灌注硅胶灌注硅胶密封密封终测终测3.IGBT芯片的结构和封装流程芯片的结构和封装流程图图1.4 IGBT1.4 IGBT模块构造图模块构造图图图1.5 IGBT1.5 IGBT模块封装图模块封装图典型三电平主回路拓扑结构典型三电平主回路拓扑结构1.1.图示图示8 8处插入铜排,引出的为处插入铜排,引出的为1 1管管
4、 的集电极(的集电极(C C级)级)2.2.图示图示5 5处接处接1 1管的集电极管的集电极3.3.图示图示4 4处接处接1 1管的门极(管的门极(G G级)级)4.4.图示图示3 3处接处接1 1管的发射极(管的发射极(E E级)级)同时为同时为2 2管的集电极(管的集电极(C C极)极)同时为钳位二极管的负端同时为钳位二极管的负端5.5.图示图示9 9处接钳位二极管的正端处接钳位二极管的正端6.6.图示图示1 1处接处接2 2管的门极(管的门极(G G级)级)7.7.图示图示2 2处接处接2 2管的发射极(管的发射极(E E级)级)8.8.图示图示1010处接处接2 2管的发射极(管的发射
5、极(E E级)级)9.9.图示图示6 6、7 7两端接热敏电阻的两端两端接热敏电阻的两端2 24 48 83 35 52 2 1 16 6 7 79 91010接线图横接线图横七七单单元系列元系列六六单单元系列元系列两两单单元系列元系列二、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
6、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。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,当栅极引入过电压时可导致栅氧层的缺陷产生或直接击穿而使IGBT失效栅极过电压失效。另外,当IGBT栅极引入高电压时,集电极电流会跟随变大,关断这个电流而产生的集电极过电压(VCE)有可能使集电极产生击穿栅极过电压引起的集电极过电压失效。2.常见的失效原因过电压:
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