Ehilà! Come fornitore di moduli IGBT, ho visto la mia giusta dose di problemi quando si tratta di questi piccoli componenti. Transistor bipolare IGBT o gate isolato, i moduli sono molto importanti in un sacco di applicazioni, come l'elettronica di potenza, le unità motorie e i sistemi di energia rinnovabile. Ma proprio come qualsiasi altro pezzo di tecnologia, possono fallire. In questo blog, parlerò delle modalità di fallimento comuni dei moduli IGBT.
1. Over - fallimento corrente
Uno dei motivi più comuni per il fallimento del modulo IGBT è finito - corrente. Quando un modulo IGBT è soggetto a una corrente che è superiore al suo valore nominale, possono accadere cose cattive. Vedete, gli IGBT hanno una capacità di corrente limitata. Se la corrente supera questo limite, può causare un riscaldamento eccessivo.
Il calore generato durante le condizioni più attuali è un vero problema. Può danneggiare il materiale a semiconduttore all'interno dell'IGBT. L'aumento della temperatura può portare a stress termico, che potrebbe causare crepe nella matrice o nei fili di legame. E una volta che si verificano questi danni fisici, il modulo IGBT è praticamente in uscita.
Oltre: la corrente può essere causata da una varietà di fattori. Un corto - circuito nel carico è un colpevole classico. Ad esempio, in un sistema di trasmissione del motore industriale, se c'è un corto negli avvolgimenti del motore, un'enorme quantità di corrente può fluire attraverso il modulo IGBT. Un'altra causa potrebbe essere un malfunzionamento nel circuito di controllo. Se i segnali di controllo non sono corretti, l'IGBT potrebbe rimanere più a lungo di quanto dovrebbe, portando a una corrente eccessiva.
2. Over - Fuggi di tensione
Over: la tensione è un altro grande mal di testa per i moduli IGBT. Questi moduli hanno una valutazione massima di tensione e quando la tensione surli oltre questo limite, si scrive problemi. Proprio come la corrente eccessiva, la tensione può causare stress eccessivi sull'IGBT.
Quando si verifica un evento eccessivo di tensione, può portare alla rottura degli strati di isolamento all'interno dell'IGBT. L'alta tensione può colpire attraverso gli strati isolanti sottili, creando un percorso per un flusso di corrente indesiderato. Questo è noto come rottura delle valanghe. Una volta che si è verificata la rottura delle valanghe, l'IGBT può essere danneggiato permanentemente.
Esistono diverse fonti di eccesso di tensione. I fulmini possono causare picchi improvvisi nella griglia elettrica, che possono quindi essere trasferiti al modulo IGBT. In alcuni casi, le operazioni di commutazione rapida nel circuito possono anche generare picchi di tensione. Ad esempio, quando un IGBT si spegne rapidamente, il carico induttivo nel circuito può generare un EMF posteriore (forza elettromotiva) che può essere molto più alta della normale tensione operativa.
3. FULLITURA termica
Il calore è il nemico dei moduli IGBT. L'insufficienza termica è un evento comune, specialmente nelle applicazioni ad alta potenza. Gli IGBT generano calore quando conducono la corrente e se questo calore non viene dissipato correttamente, la temperatura del modulo può salire a livelli pericolosi.
La temperatura di giunzione di un IGBT è un parametro critico. Se supera la temperatura di giunzione massima consentita, le prestazioni dell'IGBT iniziano a degradare. A temperature elevate, le proprietà elettriche del materiale semiconduttore cambiano. La resistenza allo stato on - aumenta, il che significa che una maggiore potenza viene dissipata come calore, creando un ciclo vizioso.
La scarsa dissipazione del calore può essere dovuta a una serie di motivi. Un dissipatore di calore difettoso è comune. Se il dissipatore di calore non è in buon contatto con il modulo IGBT o se è intasato dalla polvere, non sarà in grado di trasferire il calore in modo efficace. Inoltre, un flusso d'aria di raffreddamento insufficiente può essere un problema. In alcuni contesti industriali, i sistemi di ventilazione potrebbero non funzionare correttamente, portando al surriscaldamento dei moduli IGBT.
4. Gate Ossido fallimento
L'ossido di gate in un IGBT è uno strato sottile che svolge un ruolo cruciale nel controllo del dispositivo. È come il gatekeeper che decide quando l'IGBT dovrebbe accendersi e spegnere. Tuttavia, anche questo ossido di gate è piuttosto fragile.
Il fallimento dell'ossido di gate può verificarsi a causa di una serie di motivi. La scarica elettrostatica (ESD) è una grave minaccia. Anche una piccola carica statica può danneggiare lo strato di ossido di gate sottile. Ad esempio, se un tecnico che gestisce il modulo IGBT non è correttamente a terra, può verificarsi una scarica statica quando toccano il modulo, causando fallimento dell'ossido di gate.
Un'altra causa di fallimento dell'ossido di gate è ad alta temperatura. L'esposizione prolungata a temperature elevate può degradare l'ossido del gate nel tempo. Il calore può causare la rottura dello strato di ossido, portando a una perdita di controllo sull'IGBT.
5. FAGGIO DI FILO DI INDIGIONE
I fili di legame vengono utilizzati per collegare il dado all'interno del modulo IGBT ai terminali esterni. Questi fili sono generalmente realizzati in alluminio o rame. Tuttavia, possono fallire nel tempo.
Il ciclo termico è una delle principali cause di fallimento del filo di legame. Man mano che il modulo IGBT si riscalda e si raffredda durante il normale funzionamento, i fili di legame si espandono e si contraggono. Questa ripetuta espansione e contrazione può causare affaticamento nei fili. Alla fine, i fili possono rompersi, portando a una condizione di circuito aperto nel modulo.
La vibrazione può anche essere un problema. In alcuni ambienti industriali, ci sono molte vibrazioni. Questa vibrazione può far muoversi i fili di legame, il che può portare all'usura. E una volta che i fili si rompono, il modulo IGBT non funzionerà correttamente.
Come prevenire questi fallimenti
Ora che abbiamo parlato delle modalità di fallimento comuni, discutiamo di come prevenirle. Prima di tutto, i circuiti di protezione adeguati sono un must. Possono essere installati i circuiti di protezione della corrente e oltre -
Anche una buona gestione termica è cruciale. Assicurati di utilizzare un dissipatore di calore di alta qualità e assicurarsi una ventilazione adeguata. Pulire regolarmente il dissipatore di calore per evitare l'accumulo di polvere.
Quando si tratta di gestire i moduli IGBT, è necessaria una corretta protezione ESD. I tecnici dovrebbero indossare cinghie anti -statiche e lavorare su tappetini anti -statici.
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Riferimenti
- Mohan, N., Underland, TM e Robbins, WP (2012). Elettronica di potenza: convertitori, applicazioni e design. Wiley.
- Neaman, DA (2010). Fisica e dispositivi a semiconduttore: principi di base. McGraw - Hill.