IGBT的芯片结构和失效模式

IGBT的芯片结构和失效模式

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种功率半导体器件，结合了晶体管和MOSFET的特点，具有高压能力和高速开关能力。它是现代电力电子领域中最常用的功率开关器件之一、IGBT芯片的结构和失效模式对于了解其工作原理和故障诊断非常重要。下面详细介绍IGBT 芯片的结构和失效模式。

一、IGBT芯片的结构

IGBT芯片由P型绝缘层、N+型主区、N型耗尽区、N-雪崩区、N+型接触区和栅极、封装等多个部分组成。

1.P型绝缘层：P型绝缘层是位于N+型主区与N型耗尽区之间的一个高电势区，承受高电压。

2.N+型主区：N+型主区是一个高掺杂区域，负责主要的电流通道，起到N型区的导电作用。

3.N型耗尽区：N型耗尽区是一个轻掺杂的中间区域，起到隔离N+型主区和N-雪崩区的作用，防止大电流过载。

4.N-雪崩区：N-雪崩区是一个较厚的轻掺杂区域，可承受高电压。

5.N+型接触区和栅极：N+型接触区连接源极和基极，栅极控制IGBT 的导电能力。

6.封装：封装是将芯片保护起来的外层，通常使用陶瓷材料封装，以提供良好的绝缘性能和散热性能。

二、IGBT的失效模式

IGBT芯片的失效模式主要包括击穿故障、热失效和电压应力失效。

1.击穿故障：当IGBT芯片承受超过其额定的电压时，可能会发生击

穿故障。击穿故障会导致电流过高，温度升高，进而烧毁芯片。击穿故障

通常与电压应力不均匀、环路感应和过载等因素有关。

2.热失效：IGBT芯片在工作过程中会产生大量的热量，长时间高温

会导致芯片内部结构变形、金属焊接断裂、漏电增加等问题。热失效可能

会造成芯片的导通能力下降、损坏等问题。

3.电压应力失效：IGBT芯片在开关过程中会受到电压的应力，电压

应力不均匀会导致介电层击穿和边界电场集中。这些问题可能会导致永久

性损坏，如漏电增加、运算速度下降等。

除了上述的失效模式，IGBT芯片还可能发生其他故障，如电流过载、绝缘失效、封装破裂等。这些失效模式可以通过合理的设计和工艺控制来

降低发生的概率。