IGBT RBSOA失效分析及改善方案

一种绝缘栅双极晶体管模块在做反向偏置安全工作区测试时,器件在较低的关断电流下就发生了损坏。失效分析显示失效区的位置靠近栅极条区。模拟显示失效区处元胞结构并非对称,而正常元胞结构是对称的,由此造成了该处元胞的闩锁电流密度比对称结构元胞的闩锁电流密度低。因此,元胞结构的一致性不好是RBSOA关断电流低的原因。通过修改版图设计,使工作区元胞结构一致。对改版后的芯片封装后进行RBSOA测试,结果显示安全关断电流有明显提高。

三极管RBSOA测试仪的设计与实现

主要介绍了三极管反向偏压安全工作区(RBSOA)测试仪的硬件结构和相应的软件实现。该测试仪主要基于三极管的RBSOA及三极管的开关原理,并结合实际测试生产环境,设计了大功率电源供电电路、电流驱动电路、电压箝位电路、电流电压检测电路、单片机控制电路以及PC机的用户界面这6大模块。该测试系统采用了电感诱导控制电流和箝位电路限压,成功实现了对三级管集电极电流Ic和集电极-发射极电压Vce的控制;使用多点采样法,实现了可靠的电流电压检测。经过长期对不同型号和同一型号不同状况的三极管测试,成功验证了测试仪的性能和可靠性。

IGCT过应力关断下动态雪崩诱发的电压自箝位效应

作为高压功率器件,集成门极换流晶闸管(IGCT)关断过程中必然发生的动态雪崩效应是限制器件反偏安全工作区(RBSOA)的重要因素。通过建立能更好地反映电流集中效应的多单元仿真结构模型,对IGCT过应力条件下的关断特性进行了仿真,发现了一种与开关自箝位模式(SSCM)非常相似的电压自箝位效应。然而,与SSCM不同的是,这种自箝位效应是由动态雪崩效应诱发的。在强烈的动态雪崩下,雪崩产生的载流子与被移除的载流子达到了动态平衡,耗尽区电场无法展宽导致了电压箝位。由于自箝位期间雪崩产生的电流丝无法快速移动,器件极易因局部过热而损毁。并且,随着器件电流增益的增大,这种效应更容易发生。研究结果可为IGCT提供更清晰的RBSOA。

面向柔性直流变流器应用的低损耗4500 V/5000 A IGBT模块

为适应柔性直流变流器传输容量不断提高的应用需求,电网用大功率低损耗的IGBT模块成为发展趋势。本文介绍了一种4 500 V/5 000 A IGBT模块,通过自对准N型增强层的大面积IGBT元胞设计,提高了多芯片并联的压接模块的静动态性能,采用P和N场限制环加多级场板的终端结构保证了模块高耐压和低漏电,优化芯片工艺适配压接封装需求。封装的4 500 V/5 000 A IGBT压接模块常温下的饱和压降(V_(CEsat))为2.4 V;高温125℃下,V_(CEsat)为3.12 V,集电极和发射极间的漏电流只有18.78 mA。当频率为100~150 Hz时,静动态总损耗比竞争产品低2%左右,并且模块通过了125℃下的短路安全工作区测试、反向偏置关断安全工作区测试和反向偏置测试。

高压碳化硅IGBT器件的电学特性

借助计算机辅助设计技术(TCAD)仿真并结合基础物理建模,对SiC n和p沟道IGBT器件的电学特性进行比较研究。研究表明,在小电流密度下,n-IGBT电导调制效应较强,并具有较低的通态压降。而在较大的正向偏置电压下,p-IGBT背部的n^(+)注入层的正向载流子注入增强,从而使得p-IGBT导通电流较大。相比较npn晶体管而言,由于n-IGBT内部pnp晶体管的电流增益较低,关断过程中载流子的抽取电流较高,耗尽层扩展速度较快,使得其关断时间较短,因而n-IGBT在动态关断能耗和正向导通压降之间具有较好的折中关系。但n-IGBT关断过程中电压变化率(dv/dt)、电流变化率(di/dt)值较高,特别是发生电压穿通现象过后。因此,应对n-IGBT电磁干扰(EMI)抑制的器件设计技术加以重视。

IGBT在表面处理方面的应用实践

围绕大功率器件IGBT在塑料表面处理方面的实际应用，论述了电路的基本原理、IGBT的器件特性和基本的保护方法．在实际应用中达到令人满意的结果．

有源电压箝位串联HV IGBT的适用性和优化(二)

介绍了5.2kV高压绝缘栅双极型晶体管(HVIGBTs)的成功串联应用。穿通型HVIGBT串联应用时要完全控制感应过电压,最大的障碍是拖尾电流的关断问题。可以证明,采用先进的电压箝位技术能够限制因关断拖尾电流而引起的第二个电压尖峰。阳极采用载流子寿命局部分布的IGBT很适合这种应用;拖尾电流间隔时间越短,关断损耗越小。文中集中讨论了穿通型HVIGBT器件串联时的最佳通态等离子体分布,HVIGBT的最新发展趋势似乎与讨论结论相一致。未来先进的HVIGBT技术可完全减轻第一代HVIGBT串联时的困难。

有源电压箝位串联HV IGBT的适用性和优化(一)

介绍了5.2kV高压绝缘栅双极型晶体管(HV IGBTs)的成功串联应用。穿通型HV IGBT串联应用时要完全控制感应过电压,最大的障碍是拖尾电流的关断问题。可以证明,采用先进的电压箝位技术能够限制因关断拖尾电流而引起的第二个电压尖峰。阳极采用载流子寿命局部分布的IGBT很适合这种应用;拖尾电流间隔时间越短,关断损耗越小。文中集中讨论了穿通型HV IGBT器件串联时的最佳通态等离子体分布,HV IGBT的最新发展趋势似乎与讨论结论相一致。未来先进的HV IGBT技术可完全减轻第一代HV IGBT串联时的困难。

具有宽安全工作区的压接式IGBT芯片研制

针对柔性直流输电关键装备高压直流断路器的特殊需求,基于现有工艺平台开发了一款宽安全工作区的3 300V/50A压接式IGBT芯片。为降低2~4 ms过电流冲击过程中的芯片温升,纵向采用非穿通结构。同时,采用阶梯栅氧结构,引入第二雪崩区,降低动态闩锁发生的风险,提高器件的安全工作区。为适用于压接封装,开发了厚金属电极工艺,实现对压力的缓冲。将此结构流片验证,并进行模块级测试,芯片可在1 800V电压下达到6.5倍以上额定电流安全关断,短路电流可在20μs内安全关断,具有宽安全工作区水平。

高压IGBT宽安全工作区设计

基于现有工艺平台开发了一款具有宽安全工作区的高压IGBT芯片。该芯片元胞采用场截止结构、载流子增强技术结合背面激光退火工艺降低器件饱和电压,通过优化载流子存储层的掺杂分布,结合背面透明集电极的增益优化,降低器件雪崩风险,提高器件的安全工作区。经流片测试结果显示饱和电压2.6 V,芯片在125°C温度下可实现5倍以上额定电流安全关断,短路电流可在30μs内安全关断,具有宽安全工作区水平,实现饱和电压、关断损耗和安全工作区的折衷。

基于增强型沟槽栅技术的高性能3300V IGBT

采用沟槽栅结构、软穿通(SPT)技术和载流子存储层技术研制出一款增强型沟槽栅型(TMOS+)3 300 V IGBT芯片,其具有更低通态压降、更高功率密度和更优的关断安全工作区性能。高温(Tj=150℃)工况下,芯片的通态压降比相同电压等级增强型平面栅型(DMOS+)IGBT的约低25%,并能安全关断11倍额定电流;同等外形尺寸条件下,TMOS+型IGBT模块的电流等级(1 800 A)比DMOS+型的提升了20%,可满足更高功率容量的应用需求。

超高频感应加热功率组件MOSFET突波抑制探讨

本文主要探讨超高频电磁感应加热供电器MOSFET功率组件，于应用时，为达到高稳定度需加考量的相关技术与要点，包括以零电压切换技术来达到突波抑制、防止功率组件震荡的MOSFET小信号模式分析、RBSOA的量测、MOSFET失效检视等课题，研究建构于3kW超高频感应加热供电器，工作频率最高可达1MHz．硬件架构采用串联共振系统，藉此供电器进行相关课题探讨研究。

解析IGBT管特点、工作原理与保护电路(二)

②长时间过流运行。IGBT管长时间过流运行是指IGBT管的运行指标达到或超出RBSOA（反偏安全工作区）所限定的电流安全边界（如选型失误、安全系数偏小等）。出现这种情况时,电路必须能在电流到达RBSOA限定边界前立即关断器件，才能达到保护器件的目的。