IGBT的一种失效机理

 IGBT的一种失效机理

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这里介绍的是IGBT的封装失效机理

功率器件的可靠性是指在规定条件下，器件完成规定功能的能力，通常用使用寿命表示。由于半导体器件主要是用来实现电流的切换，会产生较大的功率损耗，因此，电力电子系统的热管理已成了设计中的重中之重。在电力电子器件的工作过程中，首先要应对的就是热问题，它包括稳态温度，温度循环，温度梯度，以及封装材料在工作温度下的匹配问题。 

由于IGBT采取了叠层封装技术，该技术不但提高了封装密度，同时也缩短了芯片之间导线的互联长度，从而提高了器件的运行速率。但也正因为采用了此结构，IGBT的可靠性受到了质疑。不难想象，IGBT模块封装级的失效主要发生在结合线的连接处，芯片焊接处，基片焊接处和基片等位置。

在通常的功率循环或温度循环中，芯片，焊料层，基片，底板和封装外壳都会经历不同层度的温度及温度梯度。热膨胀系数(CTE,Coefficient of Thermal Expansion)是材料的一项重要性能指标，指的是在一定温度范围内温度每升高1度，线尺寸的增加量与其在0度时的长度的比值。由于各自材料的热膨胀系数不同，在温度变化时不同材料之间的热应变不同，相互连接层之间的接合会产生因热应力疲劳损耗。因此，器件的热行为与模块封装的结构息息相关。调查表明，工作温度每上升10℃，由温度引起的失效率增加一倍。

IGBT的封装失效具体表现为以下几种现象：铝接合导线的脱离 ，焊料疲劳与焊料空隙 ，晶圆及陶瓷裂痕 。

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