IGBT:n ominaisuudet ja mallintaminen

Abstract

Tehopuolijohteiden suorituskykyä, luotettavuutta ja laatua kehitettäessä tuotteiden testaaminen on noussut avainasemaan. Nopeiden aikataulujen ja suurien tuotantomäärien vuoksi puolijohdevalmistajat ovat siirtyneet osittain tai täysin automatisoituun testaamiseen. Tehopuolijohteiden testaamisella tarkoitetaan kiekkotason yksittäisen puolijohdekomponentin (engl. wafer die), pakkauksen (engl. chip) tai tehomoduulin (engl. power module) sähköistä ja toiminnallista testaamista. Testaamisen tarkoituksena on osoittaa, että puolijohdekomponentit täyttävät niille asetetut laatuvaatimukset sähköisten, lämpöteknisten ja mekaanisten ominaisuuksien suhteen.

Opinnäytetyön tarkoituksena oli toteuttaa testaussuunnitelma, jonka pohjalta IGBT:n (insulated gate bipolar transistor) mittaukset toteutettaisiin prototyyppi testikäsittelijässä. Työssä perehdyttiin IGBT:iden puolijohderakenteisiin, sähköisiin ominaisuuksiin ja toimintaan. Testattavan komponentin mittausjärjestelyt simuloitiin tietokonepohjaisella ohjelmalla, jonka jälkeen määriteltiin mittauksiin tarvittava laitteisto. Työ tehtiin komponentin valmistajan antamien teknisten tietojen pohjalta ja mittausjärjestelyt toteutettiin IGBT:n toiminnan verifiointiin liittyvän standardin (IEC 60747-9:2019) mukaan.

Työssä saatiin lisää tietoa IGBT:n ja sen rinnakkaisdiodin staattisesta ja dynaamisesta käyttäytymisestä. Työssä perehdyttiin myös IGBT:n ohjaamiseen hilaohjainpiirillä, joka on tehopuolijohdekytkimen ohjaamisen kannalta olennaista. Tehtyjen havaintojen perusteella esiteltiin teoreettinen ratkaisu, jolla testaamisen mittaukset olisi mahdollista toteuttaa.