高温功率循环下绝缘栅双极型晶体管失效特征及机理分析

摘要

结合绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块结构和工作的不同阶段,分析了IGBT失效类型及其失效机理.深入分析了影响IGBT工作寿命的3种封装失效类型及失效机理.高结温、大温度梯度极端工作方式下主要的封装失效类型是键合引线失效,由某一根或几根过载引起电流分配不均引发,失效前压降大,热阻基本不变.通过分析得到IGBT模块的寿命值近似服从Weibull分布.实验过程中结合各类显微镜和红外热像仪得出的失效特征分布规律表明:经过功率循环后的芯片表面中心区域、边缘绝缘保护环原胞结构均由规则点阵变化为点阵中出现小的黑圈、空穴、裂纹,变得不再规则;各物理层接触面间的缺陷由芯片向下呈递减趋势;IGBT模块各物理层不平整度由基板向上呈递减趋势.通过实际实验发现,可将压降的突变位置作为IGBT可靠性评估的标准.