IGBT屬于復(fù)合器件,有MOS器件高速開關(guān)和低電壓驅(qū)動(dòng)特點(diǎn), 可以承受高電壓和大電流,并且關(guān)斷延遲時(shí)間短,在工業(yè)控制領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用,比如高頻焊接,逆變器,交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速, 變頻器,電動(dòng)汽車, UPS,智能家電等。但I(xiàn)GBT 容易損壞,在應(yīng)用時(shí)要注意保護(hù)。
IGBT的失效模式
判斷IGBT的失效模式一般是根據(jù)失效特征,結(jié)合器件的結(jié)構(gòu),模擬結(jié)果等進(jìn)行判斷。
1. 過(guò)電應(yīng)力(過(guò)壓/過(guò)流)
IGBT運(yùn)行超出安全工作區(qū),異物引起短路,地線及電源系統(tǒng)產(chǎn)生的電浪涌,烙鐵漏電,儀器或測(cè)試臺(tái)接地不當(dāng)產(chǎn)生感應(yīng)電浪涌等,都可以引起電過(guò)載失效。
對(duì)于靜電損傷,不僅有PN結(jié)劣化擊穿,表面擊穿等高電壓小電流型失效模式,也有金屬化,多晶硅燒毀等大電流模式。
Gate –emitter過(guò)壓
典型特征:芯片表面出現(xiàn)比較淺的熔化區(qū)域,或者在柵極的pad附近出現(xiàn)較小的熔化區(qū)域,這種過(guò)壓的原因很可能是ESD損傷,如果熔化燒毀的區(qū)域較大,則不是ESD的典型特征。
Collector –emitter過(guò)壓
典型特征:在保護(hù)環(huán)(guard ring)與IGBT單元之間出現(xiàn)點(diǎn)狀熔化區(qū)域,或者是在保護(hù)環(huán)上出現(xiàn)熔化區(qū)域。
超出反偏安全工作區(qū)(RBSOA)
典型特征:在芯片表面的IGBT單元上出現(xiàn)一個(gè)較深的,由于熔化而產(chǎn)生的洞,一般是由于關(guān)斷電流過(guò)大,或者IGBT在較高的結(jié)溫下工作而擊穿。
反向恢復(fù)二極管(FWD) 超出SOA
典型特征:二極管的陽(yáng)極區(qū)域出現(xiàn)由于熔化產(chǎn)生的洞。
2. 過(guò)熱損傷:
超出IGBT 承受范圍的溫度,導(dǎo)致焊料,芯片表面保護(hù)層,以及鋁層熔化。
典型特征:IGBT上出現(xiàn)較多的分離的,大面積的鋁層熔化,芯片下方的焊料有熔融再
流的痕跡, 如球狀焊珠。
3. 機(jī)械損傷:
振動(dòng)失效:
典型特征:焊線斷裂,并伴有焊線熔斷。
安裝損傷:
典型特征:基板上有機(jī)械損傷痕跡,陶瓷基片上出現(xiàn)裂紋。
4. 器件本身缺陷:
絕緣失效:
典型特征:在硅膠覆蓋的銅基材之間出現(xiàn)跳火痕跡,有可能是由于硫的引入生成硫化銅,通過(guò)生長(zhǎng)使得相鄰的銅材之間短路,降低耐壓,最終產(chǎn)生跳火現(xiàn)象。原因可能是器件生產(chǎn)過(guò)程中的污染引起。
5. 器件老化:
典型特征:鋁線脫落,焊接區(qū)域出現(xiàn)分層,一般是由于器件達(dá)到了設(shè)計(jì)使用壽命極限。