各种材料介电常数硅的介电常数是多少

键合线脱落是IGBT芯片一种普遍的失效形式，铝键合线故障在一定程度上会影响门极杂散阻抗。杂散阻抗的改变又会引起门极电信号的变化，因此通过门极测量信号的变化来表征其杂散阻抗的改变，进而判断IGBT芯片是否发生铝键合线脱落故障。对门极杂散阻抗与键合线故障之间的关系进行了研究，为识别IGBT模块铝键合线故障提供了依据。
IGBT；铝键合线；杂散阻抗
绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）已成为高频大电流电力电子变换系统中应用最为广泛的一种功率半导体器件。据国外调查显示[1]，在电力电子变换器中功率半导体器件是最脆弱的部分，故障率为31% 。运行过程中功率器件损坏主要是由于功率波动导致温度波动产生的热机械应力致使器件及封装的机械形变和疲劳损伤累计[2-3]，最终导致IGBT器件失效，铝键合线脱落是其最主要的失效模式之一。因此，监测IGBT铝键合线状态即检测其早期故障，是提高其运行可靠性的重要方法。
近年来，国内外对铝键合线失效、状态监测方面已有了大量研究。在失效分析方面，主要是通过仿真研究铝键合线脱落对模块性能的影响[4-6] 。在状态监测方面，铝键合线失效首先会影响IGBT模块内部的布局，进而影响其端部特性[7-10]，比如饱和压降、门极信号、阈值电压、关断时间等都可以作为状态监测参量反映器件的老化状态。总的来说，在IGBT器件失效机制和可靠性评估方面研究已经有了很大进展。现有可靠性评估方法各有优势，但也有其局限性。通过综合对比，本文采用门极电压的动态变化作为识别IGBT铝键合线故障的特征信号。
键合线脱落导致IGBT芯片内部等效电路发生变化，而这种变化会表现在门极电信号上。由于杂散阻抗难以测量，故可以通过门极电压信号的变化间接反映故障对杂散阻抗的影响。本文通过实验测取VGE，分析其在铝键合线故障过程中的变化规律，在此基础上利用小波并能量熵理论对门极电压信号进行次小波包分解并提取故障特征信息，为IGBT状态监测提供了依据。
1 IGBT模块的失效机理及结构特性
1.1 失效机理
研究功率器件失效机理是对其进行状态评估的基础。图1为IGBT模块的层状结构。各层材料的热膨胀系数(CET)不同，使得模块承受热冲击或循环加热冷却时，不同材料的热机械应力不同导致键合线熔断或脱落，最终导致IGBT模块失效。当器件在超过额定的电压或电流范围内工作时，可能产生过电应力，功率损耗增大，器件局部过热，甚至使材料熔化，形成短路或开路，也就是说电应力还会过渡到热应力，最终导致芯片失效。

文章插图

图1 IGBT封装结构示意图
通过上述分析，IGBT的失效过程可以概括为：器件工作过程中，热应力、电应力等因素使得IGBT模块内部的物理参数发生变化，通过铝键合线的电流重新均流，使得通过个别铝键合线的电流增大，从而加速铝线的熔断，当所有铝键合线都脱落时就会造成芯片失效。
1.2 结构特性
铝键合线发生脱落故障后影响IGBT器件整个杂散参数网络。门极电路的杂散参数来自于铝键合线和IGBT芯片。
铝键合线与芯片都包含有杂散电阻、杂散电感、和杂散电容，各铝键合线之间还存在互感，为简化分析，铝键合线之间的互感忽略不计，且认为与铝键合线有关的参数主要是杂散电阻和杂散电感，每根铝线分别有杂散电阻和杂散电感的串联,与IGBT芯片有关的杂散参数主要是杂散电容。
IGBT芯片由MOSFET和BJT两部分组成，图2为IGBT芯片的典型内部结构。与MOSFET相关的杂散电容参数包括：门-源极金属化电容CM，门-源极金属氧化电容COXS，门-漏极交叠氧化电容COXD，门-漏极交叠耗尽层电容CGDJ，门-漏极交叠耗尽层电容CDSJ，其中CM与COXS组成CGE，COXD与CGDJ组成CGC；与BJT相关的杂散参数包括：射-集电极重分布电容CCER，基-集电极扩散电容CEBD，基-集电极耗散电容CEBJ，基极电导调制电阻RB 。

各种材料介电常数 硅的介电常数是多少

各种材料介电常数硅的介电常数是多少