IGBT功率模塊熱傳導(dǎo)與退化研究.pdf

1、功率半導(dǎo)體器件IGBT（絕緣柵雙極晶體管）高頻化、大功率化、集成化的發(fā)展，使得IGBT模塊承載更高的工作溫度和溫度沖擊，其各層材料的熱物性因往復(fù)膨脹收縮而疲勞退化，表現(xiàn)為給定功率及環(huán)境應(yīng)力的模塊工作溫度升高，模塊對功率應(yīng)力、環(huán)境應(yīng)力及系統(tǒng)暫態(tài)過程的容適性變差，模塊的運(yùn)行安全余量降低。當(dāng)模塊的實(shí)際工作溫度超過極限安全工作溫度時，就會發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的失效。因此，研究IGBT模塊的傳熱特性及其退化規(guī)律，對于提高IGBT模塊乃至電力電子設(shè)備的性能

2、及可靠性有重要意義。擬對IGBT模塊的傳熱特性及其退化趨勢進(jìn)行理論、試驗(yàn)及仿真研究。
　　首先，深入分析IGBT模塊的結(jié)構(gòu)和工作原理，探討功率應(yīng)力作用下IGBT模塊的發(fā)熱機(jī)理和傳熱特性的退化機(jī)理；研究能反映IGBT模塊傳熱特性退化的熱敏電參數(shù)、溫度參數(shù)等物理量，選擇與功率及環(huán)境應(yīng)力無關(guān)、僅反映模塊結(jié)構(gòu)及材料屬性的熱阻作為傳熱特性的退化特征參數(shù)；根據(jù)出廠參數(shù)確定熱阻下限，根據(jù)極限安全結(jié)溫及降額使用規(guī)范確定熱阻上限，建立模糊退化模型H

3、(R)。
　　其次，研發(fā)開關(guān)頻率可調(diào)、負(fù)載電流可控的單相IGBT模塊開關(guān)控制及溫度測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)能對IGBT模塊的集電極電流、集射極電壓、工作頻率及占空比進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)；采用 DS18B20溫度傳感器配合無線數(shù)據(jù)采集、傳輸模塊實(shí)現(xiàn)殼溫的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控；采用光纖測溫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)溫的實(shí)時在線監(jiān)測；采用泰克高速記憶示波器實(shí)現(xiàn)集射極電壓和集電極電流開通關(guān)斷過程的觸發(fā)錄波；設(shè)計完成4個電流等級、4個頻率等級的正交試驗(yàn)，對熱敏電參數(shù)和溫度試驗(yàn)數(shù)據(jù)