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IGBT失效原因分析

发布日期:2022-11-25阅读量:794
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  • IGBT功率模块是以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)构成的功率模块。由于IGBT模块为MOSFET结构,IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离,具有出色的器件性能。广泛应用于伺服电机、变频器、变频家电等领域。


    引起IGBT失效的原因有几种:

    1) 过热损坏集电极电流过大引起的瞬时过热及其它原因,如散热不良导致的持续过热均会使IGBT损坏。如果器件持续短路,大电流产生的功耗将引起温升,由于芯 片的热容量小,其温度迅速上升,若芯片温度超过硅本征温度(约250℃),器件将失去阻断能力,栅极控制就无法保护,从而导致IGBT失效。实际运行时,一般最高允许的工作温度为130℃左右。


    2)超出关断安全工作区引起擎住效应而损坏擎住效应分静态擎住效应和动态擎住效应。IGBT为PNPN4层结构,其等效电路如图1所示。体内存在一个寄生晶闸管,在NPN晶体管的基极与发射极之间并有一个体区扩展电阻Rs,P 型体内的横向空穴电流在Rs上会产生一定的电压降,对NPN基极来说,相当于一个正向偏置电压。在规定的集电极电流范围内,这个正偏置电压不大,对NPN 晶体管不起任何作用。当集电极电流增大到一定程度时,该正向电压足以使NPN晶体管开通,进而使NPN和PNP晶体管处于饱和状态。于是,寄生晶闸管导 通,门极失去控制作用,形成自锁现象,这就是所谓的静态擎住效应。IGBT发生擎住效应后,集电极电流增大,产生过高功耗,导致器件失效。动态擎住效应主 要是在器件高速关断时电流下降太快,dvCE/dt很大,引起较大位移电流,流过Rs,产生足以使NPN晶体管开通的正向偏置电压,造成寄生晶闸管自锁。

    IGBT失效原因分析

    3) 瞬态过电流IGBT在运行过程中所承受的大幅值过电流除短路、直通等故障外,还有续流二极管的反向恢复电流、缓冲电容器的放电电流及噪声干扰造成的尖峰电流。这种瞬态过电流虽然持续时间较短,但如果不采取措施,将增加IGBT的负担,也可能会导致IGBT失效。

    IGBT失效原因分析

    4)过电压造成集电极 发射极击穿。

    5)过电压造成栅极 发射极击穿。

    6)实际测试中还发现过IGBT玻璃钝化层破损的,一般建议客户批量生产前做元器件筛选。

    IGBT失效原因分析

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