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IGBT的封裝失效機(jī)理
輸出功率器件的可信性就是指在要求標(biāo)準(zhǔn)下，器件進(jìn)行要求作用的工作能力，一般用使用期表明。因?yàn)?a target="_blank">半導(dǎo)體材料器件主要是用于完成電流量的轉(zhuǎn)換，會(huì)造成很大的輸出功率耗損，因而，電力電子技術(shù)系統(tǒng)軟件的熱管理方法已是了設(shè)計(jì)方案中的頭等大事。在電力電子技術(shù)器件的工作中全過程中，最先要解決的便是熱難題，它包含恒定溫度，溫度循環(huán)系統(tǒng)，溫度梯度方向，及其封裝材料在工作中溫度下的搭配難題。
因?yàn)镮GBT采用了層疊封裝技術(shù)性，該技術(shù)性不僅提升 了封裝相對(duì)密度，另外也減少了處理芯片中間輸電線的互連長(zhǎng)短，進(jìn)而提升 了器件的運(yùn)作速度。但也正由于選用了此構(gòu)造，IGBT的可信性遭受了提出質(zhì)疑。不難想象，IGBT控制模塊封裝級(jí)的無效關(guān)鍵產(chǎn)生在融合線的相接處，處理芯片電焊焊接處，基片電焊焊接處和基片等部位。
在一般的輸出功率循環(huán)系統(tǒng)或溫度循環(huán)系統(tǒng)中，處理芯片，焊接材料層，基片，底版和封裝機(jī)殼都是會(huì)歷經(jīng)不一樣程度的溫度及溫度梯度方向。熱膨脹系數(shù)(CTE,Coefficient of Thermal Expansion)是材料的一項(xiàng)關(guān)鍵性能參數(shù)，指的是在一定溫度范疇內(nèi)溫度每上升1度，線規(guī)格的增加率兩者之間在0度時(shí)的長(zhǎng)短的比率。圖1-2是IGBT層疊構(gòu)造中常見材料的熱膨脹系數(shù)，因?yàn)榉謩e材料的熱膨脹系數(shù)不一樣，在溫度轉(zhuǎn)變時(shí)不一樣材料中間的熱應(yīng)變力不一樣，相連接層中間的緊密連接會(huì)造成因內(nèi)應(yīng)力疲憊耗損。因而，器件的熱個(gè)人行為與控制模塊封裝的構(gòu)造密切相關(guān)。調(diào)研說明，工作中溫度每升高10℃，由溫度造成的失效率增加一倍。
鋁接合導(dǎo)線的擺脫
IGBT內(nèi)的鋁接合導(dǎo)線的直徑一般為300-500um,她們的成分因生產(chǎn)廠商而異. 殊不知，基本上在全部狀況下，在純鋁中添加千分之一的鋁合金，比如硅鎂或硅鎳基合金，鋁的強(qiáng)度會(huì)大大的提高因此抗腐蝕得到操縱。因?yàn)榕c長(zhǎng)短的相差太大及其輕度依靠襯底的溫度，接合線的電流量容積會(huì)有一定的降低。的直流電流受制于導(dǎo)線本身的歐母熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熔融。因?yàn)殇X接合線是立即接在處理芯片或工作壓力油壓緩沖器上,會(huì)承擔(dān)很大的溫度轉(zhuǎn)變,而IGBT控制模塊是由不一樣線膨脹系數(shù)的原材料組成,在工作中期內(nèi),必定會(huì)出現(xiàn)顯著的熱疲憊.這類疲憊會(huì)伴隨著上班時(shí)間的變化,導(dǎo)線本身的歐母效用越來越愈來愈顯著,終在鍵合線根處造成裂縫。
在熱循環(huán)檢測(cè)中,線膨脹系數(shù)的不搭配會(huì)導(dǎo)致鍵合表層規(guī)律性的擠壓成型和拉漲功效,而這類功效遙遠(yuǎn)超過原材料自身的伸縮式范疇。在這里狀況下,工作壓力會(huì)根據(jù)不一樣的方法釋放出來出來,如外擴(kuò)散腸蠕動(dòng),顆粒滑跑,移位等方式。鋁的重構(gòu)會(huì)造成 表面合理總面積的降低,進(jìn)而造成 方塊電阻的提升。這也表述了為何伴隨著規(guī)律性檢測(cè),Vce也呈線形提升的發(fā)展趨勢(shì)。
焊料疲憊與焊料間隙
處理芯片與襯底中間的焊料層因線膨脹系數(shù)的不一樣造成的裂縫會(huì)提升導(dǎo)線的回路電阻,電阻器的提升會(huì)造成 歐母效用的提高,這般溫度反饋調(diào)節(jié)會(huì)使裂縫越演越烈，終造成 器件的無效。焊料層內(nèi)的裂縫會(huì)危害溫度熱循環(huán),器件的排熱特性減少,這也會(huì)推動(dòng)溫度的升高，進(jìn)而加速控制模塊的毀壞。而且，地應(yīng)力與應(yīng)變力中間存有著滯回狀況，在不斷溫度循環(huán)系統(tǒng)之中，原材料的樣子即時(shí)地發(fā)生改變，這又提升了焊錫絲的熱疲憊。除此之外，應(yīng)加工工藝難題在焊錫絲中導(dǎo)入的裂縫會(huì)危害期內(nèi)在工作中全過程中的熱循環(huán)，導(dǎo)致部分溫度過高，這也是控制模塊無效的一個(gè)關(guān)鍵緣故。
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