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IGBT失效原因分析

IGBT功率模塊是以絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）構成的功率模塊。由于IGBT模塊為MOSFET結構，IGBT的柵極通過一層氧化膜與發射極實現電隔離，具有出色的器件性能。廣泛應用于伺服電機、變頻器、變頻家電等領域。

引起IGBT失效的原因有幾種：

1） 過熱損壞集電極電流過大引起的瞬時過熱及其它原因，如散熱不良導致的持續過熱均會使IGBT損壞。如果器件持續短路，大電流產生的功耗將引起溫升，由于芯 片的熱容量小，其溫度迅速上升，若芯片溫度超過硅本征溫度(約250℃)，器件將失去阻斷能力，柵極控制就無法保護，從而導致IGBT失效。實際運行時，一般最高允許的工作溫度為130℃左右。

2)超出關斷安全工作區引起擎住效應而損壞擎住效應分靜態擎住效應和動態擎住效應。IGBT為PNPN4層結構，其等效電路如圖1所示。體內存在一個寄生晶閘管，在NPN晶體管的基極與發射極之間并有一個體區擴展電阻Rs，P 型體內的橫向空穴電流在Rs上會產生一定的電壓降，對NPN基極來說，相當于一個正向偏置電壓。在規定的集電極電流范圍內，這個正偏置電壓不大，對NPN 晶體管不起任何作用。當集電極電流增大到一定程度時，該正向電壓足以使NPN晶體管開通，進而使NPN和PNP晶體管處于飽和狀態。于是，寄生晶閘管導 通，門極失去控制作用，形成自鎖現象，這就是所謂的靜態擎住效應。IGBT發生擎住效應后，集電極電流增大，產生過高功耗，導致器件失效。動態擎住效應主 要是在器件高速關斷時電流下降太快，dvCE/dt很大，引起較大位移電流，流過Rs，產生足以使NPN晶體管開通的正向偏置電壓，造成寄生晶閘管自鎖。

3) 瞬態過電流IGBT在運行過程中所承受的大幅值過電流除短路、直通等故障外，還有續流二極管的反向恢復電流、緩沖電容器的放電電流及噪聲干擾造成的尖峰電流。這種瞬態過電流雖然持續時間較短，但如果不采取措施，將增加IGBT的負擔，也可能會導致IGBT失效。

4）過電壓造成集電極 發射極擊穿。

5）過電壓造成柵極 發射極擊穿。

6）實際測試中還發現過IGBT玻璃鈍化層破損的，一般建議客戶批量生產前做元器件篩選。

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