弹性压接型IGBT器件封装结构对芯片内部电场的影响研究

作者：刘招成; 崔翔; 李学宝; 刘相辰; 李超; 赵志斌; 金锐; 唐新灵; 和峰

来源：中国电机工程学报, 2022, 1-12.

• IGBT器件绝缘
• 弹性压接型IGBT
• 封装结构
• 边界条件
• 芯片终端

高压大功率电力电子器件内部电场的准确计算，是保证器件绝缘设计满足要求的基本条件。首先，在静态场下建立了考虑封装绝缘结构和芯片半导体载流子输运过程的耦合电场计算模型，并利用高压芯片反向特性测量平台，测量获得了3300 V高压芯片的耐受电压，与本文所建立模型的计算结果相对比，结果表明计及芯片和封装耦合后，芯片耐受电压的计算结果与测量结果之间的误差由不考虑封装时的4.96%降低为0.8%。此外，以本文所使用的3300 V高压芯片终端结构为例，应用耦合电场计算模型，计算了在不同电压下的弹性压接封装结构下电场的分布分布特性，计算结果表明在2000 V下，计及封装和芯片耦合后，芯片内部最大电场为不考虑封装结构时的1.24倍，且最大电场由终端区中部转移到末端。随着施加电压的增加，封装绝缘结构对于芯片电场的影响逐渐增大，芯片终端区表面电场显著增加甚至超过芯片内的最大电场。最后，利用部分电容模型，给出了外部封装对于芯片电场影响的机理解释，并分析了半导体-绝缘体界面电荷密度以及外部封装绝缘材料的介电常数对于芯片电场的影响规律，本文的结果可以为高压大功率器件绝缘设计提供参考。

• 单位
  华北电力大学; 全球能源互联网研究院; 新能源电力系统国家重点实验室