功率器件的故障診斷及疲勞壽命預(yù)測.pdf

1、絕緣柵雙極型晶體管（InsulatedGateBipolarTransistor，即IGBT）是一種擁有載流密度大、飽和壓降低等多種優(yōu)點的功率開關(guān)器件，廣泛應(yīng)用于電能變換和電力電子裝置中等重要領(lǐng)域。但是伴隨著IGBT模塊的功率等級、功率密度以及開關(guān)頻率的提高，IGBT的功率循環(huán)產(chǎn)生的損耗以及內(nèi)部結(jié)溫的持續(xù)波動極易引起功率器件的疲勞損壞。目前國內(nèi)外專家針對結(jié)溫波動引起的功率器件的內(nèi)在失效機理做了很深入的研究，并以此基礎(chǔ)上發(fā)展功率模塊的疲勞

2、壽命預(yù)測方法以及功率器件在復(fù)雜環(huán)境下運行的可靠性。本文以IGBT功率模塊作為研究的對象，在模塊電-熱模型的構(gòu)建、疲勞壽命預(yù)測、工作可靠性評估等方面展開細(xì)致的研究。
　?、賹GBT模塊的機械結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)進行總結(jié)，歸納并分析IGBT模塊兩種主要的失效形式，以熱機械應(yīng)力疲勞的角度為出發(fā)點，分析導(dǎo)致IGBT模塊的鍵合線脫落和焊料層老化失效的內(nèi)在機理。
　?、诮GBT模塊的電-熱數(shù)值模型，以疲勞累積損傷理論為基礎(chǔ)構(gòu)建Coffi

3、n-Mason疲勞壽命預(yù)測模型。在電-熱分析和熱-機械應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上，對模塊易失效的鍵合點和焊料層進行壽命預(yù)測，這種方法可以探究不同工況對模塊結(jié)溫及疲勞特性的影響，從而對模塊進行電-熱優(yōu)化設(shè)計及長期工作可靠性能的研究。
　?、勰K抗熱沖擊性能是影響模塊可靠性重要因素之一，從材料物理學(xué)角度和功率損耗角度探究各層材料的抗熱沖擊性能，研究表明IGBT模塊內(nèi)部的熱穩(wěn)定性問題主要是熱損傷問題，熱沖擊作用不能直接造成各層材料直接斷裂失效。<