Humidity Related Failure Mechanisms in Power Semiconductor Devices
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Authors
Date
2017-05-22
Department
Major/Subject
Micro- and Nanosciences
Mcode
ELEC3037
Degree programme
NanoRad - Master’s Programme in Nano and Radio Sciences (TS2013)
Language
en
Pages
84+8
Series
Abstract
In this thesis humidity induced failure mechanisms were studied as a possible root cause for unknown power diode/IGBT failures seen in both field failures and during reliability studies in an inverter application. Some failure mechanisms from literature are highlighted, e.g. metal corrosion or metal dendrites growing on top of the edge termination of the diode/IGBT chips decreasing the blocking capability of the devices. Humidity and electric field (e.g. voltage bias) are required to see this sort of failure mechanisms, thus, an ordinary humidity storage will not lead to any failures. A vendor comparison in a High Voltage High Humidity High Temperature Reverse Bias accelerated reliability test was conducted and the edge termination topologies were compared in order to understand the difference between the field lifetime of two vendors. The study suggested that the dominating failure mechanism was possibly the metal corrosion of Al guard rings beneath the passivaiton film of the edge termination. The components of Vendor B were apparently immune to humidity possibly due to the usage of polysilicon guard rings rather than all-Aluminum guard rings used in components of vendor A, which were systematically failing into an increase of leakage currents in a reverse bias state.Tässä työssä tarkasteltiin mahdollisia kosteuteen liittyviä vikamekanismeja juurisyinä tuntemattomille tehopuolijohdekomponenttien (diodi/IGBT) vikaantumisille niin kentällä kuin myös luotettavuustesteissä. Työssä esitetään kirjallisuuskatsaus erilaisista vikamekanismeista, esim. metallikorroosion tai metallidendriittien kasvamisesta diodien/IGBT:iden reunaterminoinnille alentaen jännitteen kestoa. Kosteus ja sähkökenttä ovat tärkeimmät ympäristön muuttujat, jotka tuovat nämä mekanismit esille. Näin ollen tavallinen kosteusvarastointi ei tuo näitä vikoja esille. Työssä verrattiin eri valmistajia (engl. HV-H3TRB, High Voltage High Humidity High Temperature Reverse Bias) kiihdytetyllä elinikätestillä. Testissä verrattiin kahden eri valmistajan reunaterminointitopologioita, jotta ymmärrettäisiin eri valmistajien komponenttien vaihtelevat eliniät. Dominoiva vikamekanismi oli mahdollisesti suojakehien alumiinikorroosio reunaterminointirakenteen passivointikalvon alla. Valmistajan B komponentit osoittautuivat testissä immuuneiksi kosteudelle mahdollisesti polypiistä valmistettujen suojakehä rakenteiden ansiosta. Valmistajan A komponentit vikaantuivat testissä systemaattisesti kasvaneiden vuotovirtojen takia. Tämä johtuu mahdollisesti siitä, että valmistaja A käytti täysin alumiinista valmistettuja suojakehä rakenteita.Description
Supervisor
Paulasto-Kröckel, MerviThesis advisor
Maula, KariKeywords
IGBT, FWD, H3TRB, failure mechanism, physics of failure, edge termination