IGBT在电路设计中需要遵守的准则，为什么IGBT会在电路中失效？
电路设计中igbt需要遵守什么准则？
设计igbt栅极驱动电路时，应特别注意开通特性、负载短路能力和duge/d真引起的误触发等问题。正偏置电压uge增加，通态电压下降，开通能耗eon也下降，分别如图1（a）和（b）所示。由图略压将随集电极的电流增大而升高，开通损耗将随结温升高而增大。
igbt栅极负偏电压—uge直接影响其可靠运行，负偏电压升高时集电极的浪涌电流明显下降，对关断能耗无显著的影响。—uge与集电极浪涌电流和关断能耗eoff的关系分别如图2（a）和（b）所示。栅极电阻rg增加，将使igbt的开通与关断时间增加，因而使开通与关断能耗均增加。而栅极电阻减小，则又使di/dt增大，可能引发igbt误导通，同时rg上的损耗也有所增加。
igbt的特性随栅极驱动条件的变化而变化，但对于igbt 来说，栅极驱动条件仅对其关断特性略有影响。因此，应将更多的注意力放在igbt的开通、短路负载容量上。栅极驱动电路的阻抗，除了引起电流下降时间延迟外，还影响开关损耗。栅极电阻减小时，总损耗将减小。开通能耗主要由mosfet的特性决定，关断能耗主要由少子决定，导通能耗比关断能耗受栅极电阻的影响更大。为了减小du/dt的影响，栅极通常应加人一个负偏压，但是，这样要求增加与高压侧开关器件隔离的电源。
栅极电压的降低有助于控制igbt承受短路电流的能力，降低栅极驱动电压能够减小短路时的集电极电流和功耗。在igbt栅极上串 入二极管、电阻网络，就能完成这种功能，并且响应时间小于1μs。igbt的开关特性和安全工作区随着栅极驱动电路的变化而变化，因而驱动电路性能的好坏将直接影响igbt能否正常工作。为使igbt能可靠工作，1gbt对其驱动电路提出了以下要求：
（1）向igbt施加适当的正向栅压，并且在igbt导通后，栅极驱动电路施加给igbt的驱动电压和电流要有足够的幅度，使igbt的功率输出极总处于饱和状态。瞬时过载时，栅极驱动电路施加的驱动功率要足以保证igbt不退出饱和区。 igbt导通后的管压降与所加栅源电压有关，在漏源电流一定的情况下，vce越高，vds也就越低，器件的导通损耗就越小，这有利于充分发挥igbt的工作能力。但是，vge并非越高越好，一般不允许超过20 v，原因是一旦发生过流或短路，栅压越高，则电流幅值越高。igbt损坏的可能性就越大。通常，综合考虑取+15 v为宜。
（2）能向igbt施加足够的反向栅压。在igbt 关断期间，由于电路中其他部分的工作，会在栅极电路中产生一些高频振荡信号，这些信号轻则会使本该截止的igbt处于微通状态，增加管子的功耗。重则将使调压电路处于短路直通状态。因此，最好给处于截止状态的icbt加一反向栅压f，幅值一般为5～15 v，使igbt在栅极出现开关噪声时仍能可靠截止。
（3）具有栅极电压限幅电路，保护栅极不被击穿。igbt栅极极限电压一般为+20v，驱动信号超出此范围就可能破坏栅极。
（4）在大电感负载下，igbt的开关时间不能太短，以限制 di/dt形成的尖蜂电压，确保igbt的安全。
（5）igbt的栅极驱动电路应尽可能的简单、实用。应具有igbt的完整保护功能，很强的抗干扰能力，且输出阻抗应尽可能的低，驱动电路与igbt的连线要尽量短。
（6）由于igbt多用于高压场合。要求有足够的输入、输出电隔离能力。所以驱动电路应与整个控制 电路在电位上严格隔离，一般采用高速光耦合隔离或变压器耦合隔离。
此外，隔离驱动产品大部分是使用光电耦合器来隔离输入的驱动信号和被驱动的绝缘栅，采用厚膜或pcb工艺支撑，部分阻容元件由引脚接人。这种产品主要用于igbt的驱动，因igbt 具有电流拖尾效应，所以光耦驱动器无一例外部是负压关断。
igbt在电路中失效是为什么？ igbt模块的失效分析就是通过对失效器件进行各种测试和物理、化学、金相试验，确定器件失效的形式（失效模式），分析造成igbt模块失效的物理和化学过程（失效机理），寻找igbt模块失效原因，制订纠正和改进措施，以提高它的固有可靠性和使用可靠性，是改进电子产品质量最积极、最根本的办法，对提高整机可靠性有着十分重要的作用。
igbt模块与使用有关的失效十分突出，它占全部失效 igbt模块的绝大部分；进口igbt模块与国产igbt模块相比，igbt模块固有缺陷引起 igbt模块失效的比例明显较低，说明进口igbt模块工艺控制较好，固有可靠性水平较高。
1.与使用有关的失效 与使用有关的失效原因主要有过电应力损伤、静电损伤、器件选型不当，使用线路设计不当，机械过应力、操作失误等。
（1）过电应力损伤。过电应力引起的烧毁失效占使用中失效igbt模块的绝大部分，它发生在igbt模块测试、筛选、电装、调试、运行等各个阶段，其具体原因多种多样，常见的有多余物引起的桥接短路、地线、电源系统产生的电浪涌，烙铁漏电，仪器或测试台接地不当产生的感应浪涌等。按电应力的类型区分，有金属桥接短路后形成的持续大电流型电应力，还有线圈反冲电动势产生的瞬间大电流型电应力以及漏电、感应等引起的高压小电流电应力；按器件的损伤机理区分，有外来过电应力直接造成的pn结、金属化烧毁失效，还有外来过电应力损伤pn结或触发cmos 电路闩锁后，引起电源电流增大而造成的烧毁失效。
（2）静电损伤。严格来说，igbt模块静电损伤也属于电过应力损伤，但是由于静电型电过应力的特殊性，以及igbt模块的广泛使用，使得该问题日渐突出。静电型电过应力的特点是：电压较高（几百伏至几万伏），能量较小，瞬间电流较大，但持续时间极短。与一般的电过应力相比，静电型损伤经常发生在igbt模块运输、传送、电装等非加电过程中，它对igbt模块的损伤过程是不知不觉的，危害性很大。从静电对igbt模块损伤后的失效模式来看，不仅有pn结劣化击穿，表面击穿等高压小电流型的失效模式，也有金属化、多晶硅烧毁等大电流失效模式。
（3）rgbt模块选型不当。igbt模块选型不当也是引起失效的原因之一，主要是设计人员对igbt模块参数、性能了解不全面，考虑不周，选用的igbt模块在某些方面不能满足所设计的电路要求。
（4）作失误。操作失误也是igbt模块失效的原因之一，例如，igbt模块的极性接反引起的烧毁失效等。
2.igbt模块固有缺陷引起的失效 与igbt模块固有缺陷有关的失效原因主要有：表面问题、金属化问题、压焊丝键合问题、芯片键合问题、封装问题、体内缺陷等。在这几种原因中，对igbt模块可靠性影响较大的是表面问题、芯片键合问题和芯片键合问题引起的失效，它们均带有批次性，且经常重复出现。
（1）表面问题引起igbt模块失效。从可靠性方面考虑，对igbt模块影响最大的是二氧化硅层内的可动正离子电荷，它会使igbt模块的击穿电压下降，漏电流增大，并且随着加电时间的增加使igbt模块性能逐渐劣化，有这种缺陷的igbt模块用常规的筛选方法不能剔除，对可靠性危害很大。此外，芯片表面二氧化硅层中的针孔对igbt模块可靠性影响也较大，有这种缺陷的igbt模块，针孔刚开始时往往还有一层极薄的氧化层，igbt模块性能还是正常的，还可顺利通过老炼、筛选等试验，但长期使用后由于tddb 效应和电浪涌的冲击，针孔就会穿通短路，引起igbt模块失效。
（2）金属化问题引起igbt模块失效的主要原因有台阶断铝、铝腐蚀、金属膜划伤等，对于一次集成电路，台阶断铝、铝腐蚀较为常见，对于二次集成电路来说，内部金属膜电阻在清洗擦拭时被划伤而开路失效也是常见的失效模式之一。
（3）见的压焊丝键合问题引起的失效有以下几类。
1）压焊丝端头或压焊点处沾污腐蚀造成压焊点脱落或腐蚀开路。
2）外压焊点下的金层附着不牢，造成压焊点脱落。
3）焊点过压焊，使压焊丝颈部断开造成开路失效。
4）三焊丝弧度不够，与芯片表面夹角太小，容易与硅片棱或与键合丝下的金属化铝线相哑，造成器件失效。
（4）最常见的芯片键合问题是芯片粘结的焊料太少、焊料氧化、烧结温度过低等引起的开路现象。芯片键合不好，焊料氧化发黑，导致芯片在“磁成形”时受到机械应力作用后从底座抬起分离，造成开路失效。
（5）封装问题引起的失效，常见的有以下几类。
1）装不好，管壳漏气，使水汽或腐蚀性物质进入管壳内部，引起压焊丝和金属化腐蚀。
2））管壳存在缺陷，使管腿开路、短路失效。
3）涂料龟裂、折断键合铝丝，造成igbt模块开路或瞬时开路失效，这种失效现象往往发生在器件进行高、低温试验时。
（6）体内缺陷引起失效。igbt模块体内缺陷也可引起器件的结特性变差而失效，但这种失效并不多见，而经常出现的是体内缺陷引起器件二次击穿耐量和闩锁阈值电压降低而造成烧毁。
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igbt栅极负偏电压—uge直接影响其可靠运行，负偏电压升高时集电极的浪涌电流明显下降，对关断能耗无显著的影响。—uge与集电极浪涌电流和关断能耗eoff的关系分别如图2（a）和（b）所示。栅极电阻rg增加，将使igbt的开通与关断时间增加，因而使开通与关断能耗均增加。而栅极电阻减小，则又使di/dt增大，可能引发igbt误导通，同时rg上的损耗也有所增加。
igbt的特性随栅极驱动条件的变化而变化，但对于igbt 来说，栅极驱动条件仅对其关断特性略有影响。因此，应将更多的注意力放在igbt的开通、短路负载容量上。栅极驱动电路的阻抗，除了引起电流下降时间延迟外，还影响开关损耗。栅极电阻减小时，总损耗将减小。开通能耗主要由mosfet的特性决定，关断能耗主要由少子决定，导通能耗比关断能耗受栅极电阻的影响更大。为了减小du/dt的影响，栅极通常应加人一个负偏压，但是，这样要求增加与高压侧开关器件隔离的电源。
栅极电压的降低有助于控制igbt承受短路电流的能力，降低栅极驱动电压能够减小短路时的集电极电流和功耗。在igbt栅极上串 入二极管、电阻网络，就能完成这种功能，并且响应时间小于1μs。igbt的开关特性和安全工作区随着栅极驱动电路的变化而变化，因而驱动电路性能的好坏将直接影响igbt能否正常工作。为使igbt能可靠工作，1gbt对其驱动电路提出了以下要求：
（1）向igbt施加适当的正向栅压，并且在igbt导通后，栅极驱动电路施加给igbt的驱动电压和电流要有足够的幅度，使igbt的功率输出极总处于饱和状态。瞬时过载时，栅极驱动电路施加的驱动功率要足以保证igbt不退出饱和区。 igbt导通后的管压降与所加栅源电压有关，在漏源电流一定的情况下，vce越高，vds也就越低，器件的导通损耗就越小，这有利于充分发挥igbt的工作能力。但是，vge并非越高越好，一般不允许超过20 v，原因是一旦发生过流或短路，栅压越高，则电流幅值越高。igbt损坏的可能性就越大。通常，综合考虑取+15 v为宜。
（2）能向igbt施加足够的反向栅压。在igbt 关断期间，由于电路中其他部分的工作，会在栅极电路中产生一些高频振荡信号，这些信号轻则会使本该截止的igbt处于微通状态，增加管子的功耗。重则将使调压电路处于短路直通状态。因此，最好给处于截止状态的icbt加一反向栅压f，幅值一般为5～15 v，使igbt在栅极出现开关噪声时仍能可靠截止。
（3）具有栅极电压限幅电路，保护栅极不被击穿。igbt栅极极限电压一般为+20v，驱动信号超出此范围就可能破坏栅极。
（4）在大电感负载下，igbt的开关时间不能太短，以限制 di/dt形成的尖蜂电压，确保igbt的安全。
（5）igbt的栅极驱动电路应尽可能的简单、实用。应具有igbt的完整保护功能，很强的抗干扰能力，且输出阻抗应尽可能的低，驱动电路与igbt的连线要尽量短。
（6）由于igbt多用于高压场合。要求有足够的输入、输出电隔离能力。所以驱动电路应与整个控制 电路在电位上严格隔离，一般采用高速光耦合隔离或变压器耦合隔离。
此外，隔离驱动产品大部分是使用光电耦合器来隔离输入的驱动信号和被驱动的绝缘栅，采用厚膜或pcb工艺支撑，部分阻容元件由引脚接人。这种产品主要用于igbt的驱动，因igbt 具有电流拖尾效应，所以光耦驱动器无一例外部是负压关断。
igbt在电路中失效是为什么？ igbt模块的失效分析就是通过对失效器件进行各种测试和物理、化学、金相试验，确定器件失效的形式（失效模式），分析造成igbt模块失效的物理和化学过程（失效机理），寻找igbt模块失效原因，制订纠正和改进措施，以提高它的固有可靠性和使用可靠性，是改进电子产品质量最积极、最根本的办法，对提高整机可靠性有着十分重要的作用。
igbt模块与使用有关的失效十分突出，它占全部失效 igbt模块的绝大部分；进口igbt模块与国产igbt模块相比，igbt模块固有缺陷引起 igbt模块失效的比例明显较低，说明进口igbt模块工艺控制较好，固有可靠性水平较高。
1.与使用有关的失效 与使用有关的失效原因主要有过电应力损伤、静电损伤、器件选型不当，使用线路设计不当，机械过应力、操作失误等。
（1）过电应力损伤。过电应力引起的烧毁失效占使用中失效igbt模块的绝大部分，它发生在igbt模块测试、筛选、电装、调试、运行等各个阶段，其具体原因多种多样，常见的有多余物引起的桥接短路、地线、电源系统产生的电浪涌，烙铁漏电，仪器或测试台接地不当产生的感应浪涌等。按电应力的类型区分，有金属桥接短路后形成的持续大电流型电应力，还有线圈反冲电动势产生的瞬间大电流型电应力以及漏电、感应等引起的高压小电流电应力；按器件的损伤机理区分，有外来过电应力直接造成的pn结、金属化烧毁失效，还有外来过电应力损伤pn结或触发cmos 电路闩锁后，引起电源电流增大而造成的烧毁失效。
（2）静电损伤。严格来说，igbt模块静电损伤也属于电过应力损伤，但是由于静电型电过应力的特殊性，以及igbt模块的广泛使用，使得该问题日渐突出。静电型电过应力的特点是：电压较高（几百伏至几万伏），能量较小，瞬间电流较大，但持续时间极短。与一般的电过应力相比，静电型损伤经常发生在igbt模块运输、传送、电装等非加电过程中，它对igbt模块的损伤过程是不知不觉的，危害性很大。从静电对igbt模块损伤后的失效模式来看，不仅有pn结劣化击穿，表面击穿等高压小电流型的失效模式，也有金属化、多晶硅烧毁等大电流失效模式。
（3）rgbt模块选型不当。igbt模块选型不当也是引起失效的原因之一，主要是设计人员对igbt模块参数、性能了解不全面，考虑不周，选用的igbt模块在某些方面不能满足所设计的电路要求。
（4）作失误。操作失误也是igbt模块失效的原因之一，例如，igbt模块的极性接反引起的烧毁失效等。
2.igbt模块固有缺陷引起的失效 与igbt模块固有缺陷有关的失效原因主要有：表面问题、金属化问题、压焊丝键合问题、芯片键合问题、封装问题、体内缺陷等。在这几种原因中，对igbt模块可靠性影响较大的是表面问题、芯片键合问题和芯片键合问题引起的失效，它们均带有批次性，且经常重复出现。
（1）表面问题引起igbt模块失效。从可靠性方面考虑，对igbt模块影响最大的是二氧化硅层内的可动正离子电荷，它会使igbt模块的击穿电压下降，漏电流增大，并且随着加电时间的增加使igbt模块性能逐渐劣化，有这种缺陷的igbt模块用常规的筛选方法不能剔除，对可靠性危害很大。此外，芯片表面二氧化硅层中的针孔对igbt模块可靠性影响也较大，有这种缺陷的igbt模块，针孔刚开始时往往还有一层极薄的氧化层，igbt模块性能还是正常的，还可顺利通过老炼、筛选等试验，但长期使用后由于tddb 效应和电浪涌的冲击，针孔就会穿通短路，引起igbt模块失效。
（2）金属化问题引起igbt模块失效的主要原因有台阶断铝、铝腐蚀、金属膜划伤等，对于一次集成电路，台阶断铝、铝腐蚀较为常见，对于二次集成电路来说，内部金属膜电阻在清洗擦拭时被划伤而开路失效也是常见的失效模式之一。
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1）压焊丝端头或压焊点处沾污腐蚀造成压焊点脱落或腐蚀开路。
2）外压焊点下的金层附着不牢，造成压焊点脱落。
3）焊点过压焊，使压焊丝颈部断开造成开路失效。
4）三焊丝弧度不够，与芯片表面夹角太小，容易与硅片棱或与键合丝下的金属化铝线相哑，造成器件失效。
（4）最常见的芯片键合问题是芯片粘结的焊料太少、焊料氧化、烧结温度过低等引起的开路现象。芯片键合不好，焊料氧化发黑，导致芯片在“磁成形”时受到机械应力作用后从底座抬起分离，造成开路失效。
（5）封装问题引起的失效，常见的有以下几类。
1）装不好，管壳漏气，使水汽或腐蚀性物质进入管壳内部，引起压焊丝和金属化腐蚀。
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（6）体内缺陷引起失效。igbt模块体内缺陷也可引起器件的结特性变差而失效，但这种失效并不多见，而经常出现的是体内缺陷引起器件二次击穿耐量和闩锁阈值电压降低而造成烧毁。
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