絕緣柵雙極型晶體管結(jié)溫測(cè)量方法的研究.pdf

1、結(jié)溫是影響功率變流裝置可靠性的關(guān)鍵參數(shù)之一，研究功率變流裝置中功率器件的結(jié)溫測(cè)量方法是確保功率變流裝置安全可靠運(yùn)行和降低維護(hù)成本的重要舉措。近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體制造工藝的進(jìn)步和功率變流裝置應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，IGBT作為功率變流裝置中的核心元件被廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、電力牽引和航空航天動(dòng)力系統(tǒng)等領(lǐng)域。上述應(yīng)用場(chǎng)合工況嚴(yán)峻，對(duì)IGBT的可靠性有很高的要求。研究表明，IGBT重復(fù)開(kāi)通、關(guān)斷時(shí)，結(jié)溫劇烈波動(dòng)，在熱應(yīng)力沖擊的反復(fù)作用下將產(chǎn)生失效或疲勞效

2、應(yīng)。由于其工作壽命與可靠性將影響到整個(gè)裝置或系統(tǒng)的正常運(yùn)行，由此而使IGBT模塊可靠性問(wèn)題的研究成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。結(jié)溫同IGBT模塊的使用壽命及可靠性密切相關(guān)，IGBT在承受持續(xù)的熱沖擊下由于結(jié)溫波動(dòng)過(guò)大而引發(fā)器件老化失效成為制約其可靠運(yùn)行的主要原因。因此，獲取既定工作條件下功率變流裝置中IGBT模塊的結(jié)溫狀況，找到一種切實(shí)可行的結(jié)溫測(cè)量方法，在器件故障失效前對(duì)器件結(jié)溫加以控制顯得極為重要。本文以IGBT為對(duì)象，研究一種能夠準(zhǔn)確

3、預(yù)測(cè)IGBT模塊結(jié)溫的方法，并且考慮由于器件老化進(jìn)程使得模塊內(nèi)相關(guān)參數(shù)發(fā)生變化而給結(jié)溫測(cè)量帶來(lái)的誤差，以期為結(jié)溫控制和相關(guān)可靠性研究服務(wù)。
　　首先，準(zhǔn)確分析IGBT模塊失效機(jī)理和熱特性對(duì)可靠性的影響是減少事故發(fā)生，提高安全性的基礎(chǔ)。為此，本文從IGBT的封裝結(jié)構(gòu)和熱傳遞分析入手，闡述了引發(fā)IGBT失效的因素。指出結(jié)溫劇烈波動(dòng)是引發(fā)IGBT鍵合線脫落以及焊料層疲勞老化的最主要誘因。然后從芯片角度說(shuō)明了溫度對(duì)IGBT可靠性的影響，完

4、成了IGBT溫敏參數(shù)法測(cè)結(jié)溫的參數(shù)選擇實(shí)驗(yàn)，對(duì)比各參數(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，確定以飽和壓降作為溫敏參數(shù)測(cè)量結(jié)溫。
　　其次，器件的老化衰退會(huì)對(duì)溫敏參數(shù)結(jié)溫測(cè)量法帶來(lái)一定的誤差，衰退老化所引起的模塊內(nèi)特性變化會(huì)影響原有測(cè)量方法準(zhǔn)確性。為此，監(jiān)測(cè)老化進(jìn)程中模塊各狀態(tài)量的變化情況，實(shí)現(xiàn)精確地結(jié)溫在線測(cè)量成為首要解決的任務(wù)。為獲取完整老化進(jìn)程中各個(gè)狀態(tài)量的變化，故提出設(shè)計(jì)搭建IGBT加速老化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)裝置以及實(shí)驗(yàn)方法步驟，并完成了IGBT

5、模塊功率循環(huán)老化實(shí)驗(yàn)，給出了模塊老化前后飽和壓降、柵極電壓和柵極電流的對(duì)比圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)可以為IGBT結(jié)溫測(cè)量方法研究服務(wù)。
　　最后，本文在完成加速老化試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取可監(jiān)測(cè)的IGBT飽和壓降作為溫敏參數(shù)評(píng)估結(jié)溫，獲取了大電流與小電流結(jié)溫飽和壓降對(duì)應(yīng)關(guān)系。分別考慮溫度與電流的影響，提出并構(gòu)建了基于飽和壓降的IGBT結(jié)溫預(yù)測(cè)模型，并對(duì)老化前后結(jié)溫預(yù)測(cè)模型進(jìn)行了對(duì)比分析。該方法可以用于實(shí)現(xiàn)對(duì)老化進(jìn)程中IGBT模塊的結(jié)溫在線評(píng)估