功率半导体IGBT热击穿失效的可靠性研究

针对变频空调使用缘栅双极型晶体管（IGBT）击穿短路故障进行分析,确认IGBT为过压损坏失效。,空调供电电源出现大的波动影响芯片供电电源质量,电压偏低导致IGBT开通异常,不能及时欠压保护,IGBT长时间处于工作在放大状态,IGBT开通损耗大热击穿失效。本文主要从电路设计,工作环境,模拟验证等方面分析研究,确认IGBT击穿短路失效原因,从设计电路与物料选型优化提升产品工作可靠性。     

功率IGBT模块可靠性研究

提出了一种根据功率IGBT模块实时特征量对IGBT缺陷程度进行评估的新方法。首先从IGBT模块的结构入手,分析了其失效机理及故障特征。然后对IGBT模块进行人为挑断键合线实验,对获得的实验数据进行灰色关联模型建模,以初步验证灰色关联度与缺陷程度的关系;并进一步进行了老化试验,提出了灰色关联预计模型,通过实验验证了预测模型的正确性。该文研究成果为IGBT模块在线可靠性预测提供了参考依据。     

IGBT热可靠性分析简述

IGBT器件被认为是一种可用于需要高压、大电流和高速应用领域的理想功率器件,驱动功率小而饱和压降低。该文对IGBT器件的基本原理及其主要热失效模式进行了简要介绍,并提出了改进意见。     

Buck电路IGBT老化失效的特征分析

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)常被应用于汽车、火车的电机控制系统以及航空航天设备的开关电源中。IGBT的失效会导致系统的效率下降,严重的会直接导致系统失效。通过识别和监测IGBT失效所导致电路特性参数的变化可以做到对其失效的预测和避免。为研究IGBT老化是否会对电路输出特性造成影响,以Buck电路为研究对象,设计了大电流下便于替换IGBT的Buck电路,对IGBT进行热应力老化实验,获取老化后的IGBT,并将老化后的IGBT引入到设计的Buck中,实验分析了IGBT老化对于Buck电路输出电压的影响。得出IGBT的老化会导致Buck电路输出电压平均值增大、高频杂波幅值增大的结论,为进一步实现电路中IGBT老化的检测以及初期的故障诊断提供了可供提取的特征参数。     

三电平变频器中的IGBT失效机理分析

从IGBT内部结构及其瞬态能量变化的角度，针对三电平变频器中的IGBT失效现象进行了较深入的分析。并以一台160kW的三电平变频器为具体对象，以试验结果为依据，解释分析了一些典型的IGBT失效机理，并提出了相应的有效解决措施。     

IGBT集成驱动电路及其功率扩展

针对大容量IGBT的实际应用特点,介绍了EXB841,M57962,HL402,HCPL316J,2SD315A五种常用的集成专用驱动电路,分析了各自的工作原理和过电流保护动作过程,给出了多种适于驱动大容量IGBT的实用扩展电路。     

反复短路运作下IGBT器件失效的研究

本文描述600V穿通型、600V非穿通型和1200V非穿通型的IGBT，在其器件寿命期限内，对它施加不同能量来进行反复短路试验的结果。文中指出，一种和试验条件有关的临界能量，可以区分两种失效模式：具有累积退化效应的第一种失效模式，需要进行大约104次短路才损坏，而具有热击穿效应的第二种失效模式，在第一次短路时就损坏。基于试验和仿真的结果，详细描述了短路时的“极限能量”和“延缓”模式。事实上，临界能量对应阻挡结附近区域约650℃的临界温度，这点似乎和测试条件无关。尤其是，分析了短路后的漏泄电流，说明存在将两种失效模式明显区分开来的临界温度。     

IGBT过流关断主结边缘烧毁失效机理研究

针对4 500 V IGBT在过流关断过程中主结边缘烧毁失效的问题,设计了3种不同场板连接结构。为了分析失效机理,采用Sentaurus TCAD工具对IGBT的过流关断过程进行仿真,重点研究了主结边缘附近3种场板结构对过流关断的影响。结果表明,IGBT电阻区边缘场板结构参数是影响坚固性的重要因素,在一定程度上减小场板连接的倾斜角,可减弱主结附近电场强度,避免过流关断过程中器件在该处发生烧毁,提升了器件的动态坚固性。     

IGBT驱动电路简介与分析

简述了IGBT管的发展和基本结构与特点，详细阐述了IGBT管的驱动电路和驱动性能。     

车载IGBT器件封装装片工艺中空洞的失效研究

IGBT芯片在TO-220封装装片时容易形成空洞,焊料层中空洞大小直接影响车载IGBT器件的热阻与散热性能,而这些性能的好坏将直接影响器件的可靠性。文章分析了IGBT器件在TO-220封装装片时所产生的空洞的形成机制,并就IGBT器件TO-220封装模型利用FEA方法建立其热学模型,模拟结果表明:在装片焊料层中空洞含量增加时,热阻会急剧增大而降低IGBT器件的散热性能,IGBT器件温度在单个空洞体积为10%时比没有空洞时高出28.6℃。同时借助工程样品失效分析结果,研究TO-220封装的IGBT器件在经过功率循环后空洞对于IGBT器件性能的影响,最后确立空洞体积单个小于2%,总数小于5%的装片工艺标准。     

大功率IGBT驱动电路设计与应用

绝缘栅型双极性晶体管Insulated Gate Bipolar Transistor(IGBT)作为电力变换装置的核心器件,它的可靠稳定工作直接影响着系统的性能,这对IGBT的驱动电路提出了很高的要求。针对500kW光伏逆变器,基于该逆变器的结构拓扑和IGBT型号,给出了一种IGBT驱动电路的设计方案,研究了驱动电路和保护电路的主要设计原理和注意问题。最后,结合实际应用,给出了该驱动电路的驱动波形和逆变交流侧电流波形,分析和讨论了该驱动电路设计的可靠性与合理性。     

运算放大器在高ESD应力作用下的失效模式和失效位置研究

本研究以常用的运算放大器之一LM741为例进行了高ESD应力条件下的运算放大器的失效研究,研究通过物理观察和电学测试的手段考察了LM741失效位置及失效模式与ESD击打模式之间的关系。研究表明,不同的应力击打模式均造成几种相同的失效位置和模式,而且对失效部位的物理观察发现：所造成芯片上的失效并非在芯片上的电路的单元内部,而在于电路的各个单元之间的绝缘层或者是连接电路单元的金属连线,这一发现为下一步ESD的失效建模和仿真提供了重要的试验依据。     

基于ANSYS的IGBT模块的失效模式

功率循环(PC)试验和温度循环(TC)试验是对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块进行可靠性考核的两个基本试验,可以有效暴露出器件封装所存在的问题。基于ANSYS有限元分析软件,分别研究了IGBT模块在功率循环和温度循环两种不同的试验情况下的温度分布与应力、应变分布的情况。研究表明在这两种情况下IGBT模块的失效模式是不同的。功率循环条件下器件的温差较小,但温度、应力往往集中分布在引线键合点及其下方,一般失效会发生在引线键合点处。而温度循环下温度分布均匀,但高低温温差较大,更能考察器件在严酷的环境条件下的可靠性,由于每层结构的边缘位置处剪切应力较大,失效常常由每层结构的边缘部位开始,一般会发生芯片和陶瓷基板的断裂和焊料层疲劳等失效现象。     

IGBT功率模块寿命预测的研究与设计

电子信息技术的发展极大的改进了人们的生产生活方式,具有饱和压降小,载流密度大等许多优点的功率器件IGBT,在超高电压电力传输、新能源的开发利用等方面获得广泛应用。然而其工作在电压高、电流强、状态切换频繁等复杂环境中。这就导致其容易损耗,使模块寿命大大降低。目前,国内外在IGBT功率模块寿命研究领域已经取得了一定的成绩。本文在介绍了IGBT结构的基础上通过建模对其寿命预测进行了研究并具体阐述了功率循环中叠加效应、任务曲线、雨流计数法。     

影响IGBT驱动电路性能参数的因素分析

分析了桥式电路中IGBT的动态开关过程以及IGBT的栅极、发射极和集电极的分布电感与其他分布参数的综合作用对IGBT驱动电路的影响,并且通过实验验证了理论分析的正确性,最后指出了IGBT驱动电路设计时的注意事项。     

IGBT功率模块寿命预测的研究与设计

电子信息技术的发展极大的改进了人们的生产生活方式,具有饱和压降小,载流密度大等许多优点的功率器件IGBT,在超高电压电力传输、新能源的开发利用等方面获得广泛应用。然而其工作在电压高、电流强、状态切换频繁等复杂环境中。这就导致其容易损耗,使模块寿命大大降低。目前,国内外在IGBT功率模块寿命研究领域已经取得了一定的成绩。本文在介绍了IGBT结构的基础上通过建模对其寿命预测进行了研究并具体阐述了功率循环中叠加效应、任务曲线、雨流计数法。     

飞兆半导体650V场截止IGBT提高功率转换应用效率和可靠性

太阳能功率逆变器、不间断电源（UPS）以及焊接应用的设计人员面临提高能效、满足散热法规同时减少元件数目的挑战。有鉴于此，飞兆半导体公司（Fairchild Semiconductor）开发了一系列针对光伏逆变器应用的650VIGBT产品，帮助设计人员应对这一行业挑战。     

关于空调控制器三端稳压管的失效原理的分析与研究

三端稳压管是空调控制器常用元器件,主要作用是直流电压的转换、稳定.三端稳压管内部晶元为半导体材料,实际生产过程中常出现静电类的损伤,并且会影响整个空调控制器正常工作.因此,对于三端稳压管的失效原理的分析研究尤为重要,它可以帮助我们从根源上解决失效问题.本文针对失效的三端稳压管做详细分析,根据失效原理,总结三个优化方向:1、提升稳压管内部受损器件的抗静电能力;2、稳压管内部增加一个电阻,用于防止静电损伤的;3、在稳压管输入端增加一个电容,用于消除静电.     

IGBT驱动有源钳位电路的研究与仿真

绝缘栅双极晶体管关断时会出现电压尖峰,有源钳位电路可以有效抑制这种尖峰电压,但是传统的有源钳位电路损耗大,不利于系统的稳定运行。在分析传统有源钳位电路工作原理和暂态模型的基础上提出一种改进后的有源钳位电路,分析比较两种有源钳位电路的优点,在ORCAD仿真中,对比分析两种有源钳位电路的仿真结果,得出与理论分析一致的结果,证明了改进后有源钳位电路的可行性。