高压IGBT的失效机理分析

发布时间：2017-03-16 22:08

  本文关键词：高压IGBT的失效机理分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自20世纪80年代起,现代功率半导体技术飞速发展至今,以IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)为代表的现代功率器件技术对于促进传统工业和高新技术产业的发展有着至关重要的作用。IGBT是一种混合型的电力电子器件,具有工作频率高,驱动电路简单,热稳定性好等优点,广泛应用于工业控制、智能电网、轨道交通以及家电等领域。近年来,人们对功率器件的失效问题越来越重视。本文基于与国内某半导体企业合作的项目,主要任务是针对场截止(Field Stop,FS)型IGBT芯片数值模型的建立以及IGBT模块的失效分析工作,以促进IGBT在国内的发展。1、本文在对IGBT结构、工作原理、静态及开关特性充分了解的基础上,详细阐述和总结了IGBT各种可能的失效机理,着重对由闩锁效应和雪崩击穿引起的失效问题进行了深入的分析。例如,由IGBT发生动态雪崩时产生的电流丝,总结出过电压失效的本质是器件结温过高而导致的热失效。2、本文通过对一个IGBT模块实物作解剖测试分析,利用高压源表、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、光学显微镜及微光显微镜(Emission Microscope,EMMI)对失效模块中的IGBT芯片进行电测试、去除封装然后剥离芯片,通过EMMI测试对失效点进行定位,对芯片切割、染结之后进行SEM观察,最后得出失效原因并提出改进建议,完成IGBT失效分析的整个过程。3、设计出一套基于芯片层面的失效分析流程,以及对应的测试分析方法,并建立标准化的IGBT模块分析规范,为今后芯片在生产、封装及应用过程中可能出现的相关问题提供行之有效的分析手段,对IGBT芯片的失效分析有一定的指导意义。
【关键词】：IGBT 闩锁 失效机理 参数测试 电流丝
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN322.8
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 选题背景10-11
• 1.2 电力电子器件的发展历史及趋势11-13
• 1.3 国内外研究现状13-14
• 1.4 本文研究内容14-15
• 第二章 IGBT的结构及工作原理15-25
• 2.1 IGBT的基本结构15-17
• 2.2 IGBT的工作原理17-18
• 2.3 IGBT的基本特性18-21
• 2.3.1 正向导通18-20
• 2.3.2 正向阻断特性20-21
• 2.3.3 反向阻断特性21
• 2.4 动态特性21-23
• 2.4.1 IGBT的开通21-22
• 2.4.2 IGBT的关断22-23
• 2.5 安全工作区23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 第三章 IGBT的失效理论25-39
• 3.1 IGBT失效机理25
• 3.1.1 失效标准25
• 3.1.2 失效种类25
• 3.2 芯片缺陷与制造工艺引发失效25-26
• 3.3 外部过应力造成的失效26-30
• 3.3.1 过电应力失效26-28
• 3.3.2 静电失效28-29
• 3.3.3 电荷效应及电子迁移引发失效29-30
• 3.4 闩锁失效30-33
• 3.4.1 静态闩锁失效30-32
• 3.4.2 动态闩锁失效32-33
• 3.5 雪崩失效33-37
• 3.5.1 静态雪崩失效33-34
• 3.5.2 动态雪崩失效34-37
• 3.6 封装失效37-38
• 3.6.1 焊料层疲劳失效37-38
• 3.6.2 引线键合失效38
• 3.7 本章小结38-39
• 第四章 功率IGBT模块的失效分析39-51
• 4.1 IGBT的一般失效分析手段39-42
• 4.1.1 利用X射线检测IGBT模块焊接及打线缺陷39
• 4.1.2 电测39-41
• 4.1.3 利用超声扫描显微镜分析器件封装时的分层缺陷41-42
• 4.1.4 SEM分析42
• 4.2 失效分析中的化学方法42-44
• 4.2.1 去除封装42-43
• 4.2.2 去钝化层43
• 4.2.3 器件的剥层43-44
• 4.3 IGBT模块失效分析44-49
• 4.3.1 模块整体电测45-46
• 4.3.2 分离芯片电测46-47
• 4.3.3 镜检47-48
• 4.3.4 失效原因查找48-49
• 4.4 IGBT的一般失效分析流程49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第五章 全文总结及展望51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-56
• 攻硕期间取得的研究成果56-57

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王醒东;林中山;张立永;夏芳敏;孔梅梅;;扫描电子显微镜的结构及对样品的制备[J];广州化工;2012年19期

2 叶立剑;邹勉;杨小慧;;IGBT技术发展综述[J];半导体技术;2008年11期

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本文编号：252400