[發(fā)明專利]基于鍵合引線退化的IGBT模塊可靠性評估方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010635550.6
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111856233B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何怡剛;李獵;何鎏璐;王晨苑;時(shí)國龍
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張宇

本發(fā)明公開了一種基于鍵合引線退化的IGBT模塊可靠性評估方法及裝置，屬于IGBT可靠性評估領(lǐng)域，其中，方法的實(shí)現(xiàn)包括：獲取IGBT芯片導(dǎo)通壓降U_ces與工作電流I_c和芯片結(jié)溫T_c之間的關(guān)系；對待測IGBT，通過工作電流I_c和芯片結(jié)溫T_c，得到IGBT芯片的導(dǎo)通壓降U_ces?c；使用電壓表測取IGBT模塊外部導(dǎo)通壓降U_ces?m；相減得到芯片與鍵合引線連接處電壓降，結(jié)合工作電流得到連接處電阻；當(dāng)連接處電阻增大到IGBT等效阻抗的5％時(shí)，認(rèn)為IGBT失效。本發(fā)明能更準(zhǔn)確的表征IGBT的失效特征，使IGBT可靠性評估具有更高的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于IGBT可靠性評估領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于鍵合引線退化的IGBT模塊可靠性評估方法及裝置。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極晶體管(Insulate-Gate Bipolar Transistor，IGBT)功率模塊是應(yīng)用廣泛的半導(dǎo)體功率轉(zhuǎn)換開關(guān)器件，是新能源汽車能量轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)暮诵钠骷９β誓K廣泛應(yīng)用于可再生能源、牽引、航空航天、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。對功率模塊的健康監(jiān)測是提高IGBT器件安全性和可用性的重要手段。如何對IGBT可靠性進(jìn)行準(zhǔn)確的評估，對保證設(shè)備的安全運(yùn)行，避免設(shè)備故障造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，促進(jìn)社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

IGBT可能的失效機(jī)理有：(1)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷包括硅材料中的雜質(zhì)、芯片缺陷和晶體缺陷等，以及器件在生產(chǎn)過程中存在的工藝缺陷(比如擴(kuò)散問題)，這些缺陷會使IGBT失效。(2)超出器件承受能力的各種外部應(yīng)力所帶來的失效，比如電應(yīng)力、熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力和靜電放電等。(3)閂鎖失效，由于IGBT內(nèi)部存在寄生晶閘管PNPN結(jié)構(gòu)，當(dāng)集電極電流很大時(shí)，會觸發(fā)該晶閘管導(dǎo)通，使柵極失去對器件的控制作用，造成閂鎖失效。(4)雪崩失效，微電子器件內(nèi)部都存在雪崩擊穿，IGBT也不例外，雪崩擊穿分為靜態(tài)雪崩擊穿和動(dòng)態(tài)雪崩擊穿。(5)封裝方面的失效。

在以上5種失效類型中，封裝方面的失效占失效總數(shù)中的50％以上，故主要對IGBT模塊的封裝失效進(jìn)行研究，并作為IGBT失效的標(biāo)準(zhǔn)。IGBT模塊的封裝失效主要為：(1)焊接層老化失效；(2)鍵合引線脫落失效。根據(jù)研究，在功率循壞時(shí)，鍵合引線失效幾率明顯大于焊接層老化導(dǎo)致的失效，所以針對鍵合引線進(jìn)行IGBT模塊的可靠性評估，能夠得到更準(zhǔn)確的信息。但是，鍵合引線由于其位于模塊內(nèi)部，且體積小，直接對其參數(shù)進(jìn)行評估極為困難，故對可靠性評估增添了難度。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提出了一種基于鍵合引線退化的IGBT模塊可靠性評估方法及裝置，通過間接方法測量鍵合引線電阻進(jìn)行IGBT模塊可靠性評估，能更準(zhǔn)確的表征IGBT的失效特征，使IGBT可靠性評估具有更高的準(zhǔn)確性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于鍵合引線退化的IGBT模塊可靠性評估方法，包括：

(1)獲取IGBT芯片導(dǎo)通壓降U_ces與工作電流I_c和芯片結(jié)溫T_c之間的關(guān)系；

(2)對待測IGBT模塊，通過工作電流I_c和芯片結(jié)溫T_c，基于IGBT芯片導(dǎo)通壓降U_ces與工作電流I_c和芯片結(jié)溫T_c之間的關(guān)系，得到所述待測IGBT模塊的芯片導(dǎo)通壓降U_ces-c；

(3)獲取所述待測IGBT模塊外部導(dǎo)通壓降U_ces-m；

(4)將所述芯片導(dǎo)通壓降U_ces-c與所述待測IGBT模塊外部導(dǎo)通壓降U_ces-m相減得到IGBT芯片與鍵合引線連接處電壓降，結(jié)合工作電流得到連接處電阻；