考虑器件结构布局的功率循环失效模式分离机制

功率循环作为考核器件封装可靠性最重要的测试被广泛应用,IGBT器件的寿命模型也越来越完善,考虑的影响因素也越来越多,如器件参数也被考虑到了CIPS08模型中,但器件失效模式的分离和失效机理的研究一直是难点。文中将脱离传统方法中测试条件的影响,重点考虑器件结构布局带来的热应力分布差异,深入研究器件不同结构布局情况下失效模式的分离机制,把握器件失效的根本原因,旨在为IGBT器件的封装结构设计提供理论指导。以INFINEON公司全桥模块EasyPACK(FS25R12W1T4)为测试对象,针对模块中具有不同IGBT芯片与DCB(direct copper bonded)板面积比的两个IGBT芯片(开关2和3)进行相同测试条件(结温差△Tj≈90K和最大结温Tjmax≈150℃)下的功率循环对比测试,以明确其失效模式。实验结果表明,具有小面积比的IGBT芯片为键合线失效,而具有大面积比的IGBT芯片则表现为焊料层的老化。这说明小的面积比可有效减小焊料层的温度梯度,从而减小器件焊料层的热应力,最终导致键合线的失效。进一步地,针对指定失效模式的IGBT芯片进行不同测试条件下的功率循环实验以验证器件...     

压接型IGBT器件升温曲线测量方法

利用热网络模型和有限元仿真分析了压接型IGBT器件升降温曲线不具有等效性的原因,研究了压接型IGBT器件升温曲线的测量方法,对比了大电流通态压降(V_CE)法和大电流阈值电压(V_GE,th)法的测量原理,对压接型器件的适用性和测量准确度等。仿真结果表明,接触热阻在升温和降温阶段受压力的影响出现了不同的变化趋势,导致了升降温曲线的非等效性。实验结果表明,大电流V_GE,th法有效降低了压力对测量带来的影响,测量更为准确,测量误差基本在1 K以内,低于大电流V_CE法,为压接型IGBT器件进一步的多物理场耦合研究和老化监测提供了参考。此外,实验结果还表明压接型IGBT器件在升降温过程中,压力变化越大,升降温曲线的差异越明显。     

回跳现象对RC-IGBT器件功率循环测试的影响EI北大核心CSCD

逆导型绝缘栅双极型晶体管(reverse conducting insulated gate bipolar transistor,RC-IGBT)是一种新型IGBT器件,其在IGBT芯片结构中集成了一个快恢复二极管,具有成本低、封装工艺简单、功率密度高、抗浪涌电流能力高等特点,因而备受工业界关注,对其可靠性的要求也越来越高。但是,由于RC-IGBT器件特殊的芯片结构,使得其输出特性曲线上具有回跳现象。而回跳现象是否会对RC-IGBT可靠性的考察产生影响还有待研究。因此文中首先深入分析回跳现象产生的机理,并结合考察器件可靠性最重要的实验——功率循环实验的原理阐述,分析得到回跳现象可能会对功率循环中结温测量、并联分流和功率循环寿命及失效形式3个方面产生影响,并通过设计实验进行论证。实验结果表明,回跳现象会对VCE(T)法进行结温测量产生影响,而对VF(T)法进行结温测量没有影响;通过并联分流实验发现,具有较小回跳电压的器件会在电流流过器件瞬间分得更多的电流,但是其影响时间较短;通过不同导通模式下的功率循环实验对比分析可知,回跳现象对分立器件的功率循环寿命及失效方式没有影响。     

Si IGBT和SiC MOSFET分立器件封装可靠性对比

为了明确SiC金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)与Si绝缘栅双极型晶体管(IGBT)寿命差异的原因，在相同结温条件下对上述两种分立器件进行功率循环试验。试验结果表明，SiC MOSFET的寿命大于Si IGBT的寿命。若将两组试验负载电流等效一致，则SiC MOSFET的寿命约为Si IGBT的1/4。为了揭示寿命差异的根本原因，即失效机理的探究，建立了两种器件电-热-力多物理场有限元模型并在功率循环试验条件下进行仿真，结果表明造成寿命差异的原因是Si、SiC材料与铝材料之间的热膨胀系数差异不同，导致器件在功率循环中受到循环热应力时产生的塑性应变不同。研究结果为提高SiC MOSFET的寿命提供了理论参考。