VDMOS性能退化实验及接触热阻的研究

发布时间：2018-06-10 13:37

  本文选题：大功率半导体器件 + 接触热阻　； 参考：《北京工业大学》2015年硕士论文

【摘要】：功率VDMOS器件具有开关速度快、输入阻抗高、驱动能力强、不存在二次击穿现象等优点,广泛应用于自动控制、混合动力系统、军工、航天等领域。由于VDMOS器件的广泛应用,使得VDMOS器件的使用可靠性成为人们关注的重点。针对功率VDMOS器件的使用可靠性问题,本文进行了高温加速寿命实验。在实验过程中,大功率VDMOS器件出现突然烧毁的现象。分析表明,器件发生烧毁的原因是由于接触热阻变大。进而,本文对接触热阻展开研究。接触热阻的产生是由于VDMOS器件与散热片之间由于接触界面之间存在间隙,以及导热系数不匹配等原因导致的。接触热阻的存在使得热量在器件散热通路上传播过程受到阻碍,器件内部热量难以及时发散,结温升高。随着工艺水平的不断提高,大功率器件内部热阻可降至0.1~0.4℃/W左右,而接触热阻甚至会高于器件热阻两倍以上。接触热阻阻碍器件散热,导致器件结温升高,使得器件使用可靠性下降,严重时将导致器件烧毁。针对以上两个问题,本文做出以下研究:一、对大功率VDMOS进行了150℃、180℃、200℃、230℃高温加速寿命实验,通过测量IRFM260器件在加速条件下的敏感参数(导通电阻Ron、阈值电压VGS、栅极电流IGS,截止漏电流IDSR,漏源电流IDSS(导通状态))退化规律及失效时间,分析失效分布情况,从而得到正常应用条件下,大功率VDMOS器件的寿命、失效率等可靠性参数。二、对接触热阻的无损测量问题进行研究。本文利用接触热阻随接触应力变化这一机理,利用Phase11热阻分析仪对样品的总热阻进行测量,建立接触热阻与接触应力的数学模型,并利用测得的数据对接触热阻进行提取,进一步验证接触热阻与接触应力之间的函数关系,并在ICEPAK热模拟软件中对不同接触应力下的接触热阻进行热模拟。三、本文还对接触热阻的温度特性及退化特性进行了研究。将样品置于可控温的恒温平台上,以恒温平台的温度变化来模拟环境温度的变化,在恒温平台温度变化的同时测量样品的总热阻,提取接触热阻并对比温度变化过程中接触热阻的变化情况。当大功率器件安装到散热片上之后,经过长期的使用,接触热阻会发生变化,变化速率、变化程度又将如何?本文针对这一问题做出研究,本文利用三只样品进行高温加速寿命实验,实验选择150℃、140℃、130℃进行高温加速寿命实验,首先测量样品初始接触热阻阻值,以接触热阻变化量达到20%为失效判据,测得高温情况下三只样品的失效时间,并利用Arrhenius模型外推室温下样品的失效时间。高低温温度循环情况又会如何影响接触热阻?本文对接触热阻样品进行高低温温度循环实验,实验高温限制选定为120℃,低温限制选定为-30℃,循环周期为2h,其中保持时间为40min。在以上条件下进行高低温温度循环实验,探究接触热阻的变化情况。
[Abstract]:Power VDMOS devices have many advantages, such as high switching speed, high input impedance, strong driving capability and no secondary breakdown phenomenon. They are widely used in automatic control, hybrid power system, military industry, aerospace and other fields. Due to the wide application of VDMOS devices, the reliability of VDMOS devices has become the focus of attention. Aiming at the reliability of power VDMOS devices, an accelerated life test at high temperature is carried out in this paper. In the process of experiment, the high power VDMOS device suddenly burns out. The analysis shows that the cause of device burnout is due to the increase of contact thermal resistance. Furthermore, the contact thermal resistance is studied in this paper. The thermal contact resistance is caused by the gap between the VDMOS device and the radiator and the mismatch of the thermal conductivity. The existence of contact thermal resistance hinders the process of heat propagation in the heat dissipation path of the device, and it is difficult for the internal heat of the device to dissipate in time, and the junction temperature rises. With the continuous improvement of the process level, the internal thermal resistance of high power devices can be reduced to about 0.4 鈩，

本文编号：2003404