IGBT功率模块加速功率循环试验的研究
IGBT可靠性测试方法
IGBT可靠性测试方法IGBT的寿命通常长达数十年,因此倘若不采取特殊的测试手段而使器件在正常情况下工作直至失效是不现实的，寻求一种有效地测试手段就显得非常必要。
通常的测试手段有加速寿命测试（HALT，HighLy AcceLerated Life Test），HASS （HighLy AcceLerated Stress Screen）、功率循环、温度循环几种。
本文着重介绍功率循环和温度循环测试方法。
1.功率循环测试在给定的温度和循环次数条件下，收集工作中器件的相关参数。
在测试前，器件的工作温度已经被调节到合适的点并且器件已经上电。
功率循环可以通过以下几种方式实现[7]；a)恒功率：对于任何单个器件，功率在加热期间置为预先设定的值，在关断期间要么不加功率负载。
这通常涉及开环控制，预先设定的值也会因散热区别而异；b)变功率：为了使散热达到最快的速率，在加热或散热期间功率出于变化状态，此模式下闭环控制很受人们亲睐；c)恒散热：同恒功率相匹配，散热要么控制在预先设定的值（散热期间或整个测试期间），要么关断（加热期间），此模式为开环控制；d)变散热：在加热或散热期间，散热的速率是变化的。
此模式可增加循环速率。
图1是恒功率/恒散热和变功率/恒散热测试的对比。
图1功率循环方式2.温度循环测试将器件放在温度控制箱中，不断调节温度箱内的温度如图2所示。
通常情况下，实验将高温条件设为150℃，放置20分钟，低温设为-40℃，放置20分钟，常温25℃，放置10分钟。
温度变化的步长大约10℃每分钟[10]。
图2温度循环测试方式3.IGBT失效判定标准[9]因IGBT芯片以及续流二极管均被封装在模块的内部，因此不能实时监测出内部发生的变化，只有通过测量电气参数的方法间接推断器件的状态，通常包括集射极电压、阈值电压和漏电流。
Vce偏移量超出初始值的20%该方法是极容易被提出的，使用该准则时必须注意两点：①门极电压必须保持在15V；②通过器件的电流必须为额定电流。
IGBT功率循环IGBT功率循环实验室IGBT功率循环目的
IGBT功率循环IGBT功率循环实验室IGBT功率循环⽬的IGBT功率循环/哪⾥能做IGBT功率循环
⽬前⼤部分的新能源汽车⼚家都认为他们的产品在未来将会⼤⾯积使⽤第三代半导体技术，⼴电计量检测股份有限公司致⼒于为⼴⼤IGBT⼚家打通可靠性⼤门；
为什么要做IGBT功率循环试验
IGBT是电动汽车中的核⼼部件,IGBT寿命直接关系到电动汽车的寿命,因此检验IGBT的长期寿命成为了电动汽车的重要环节。
,IGBT的寿命要求往往在10年或20万公⾥以上,所以通过功率循环对IGBT进⾏功率加速⽼化实验,通过进⾏等效的功率循环实验条件加速⽼化实验,进⽽估计实际应⽤中IGBT的使⽤寿命。
IGBT功率循环⽬的
两种失效⽅式:
功率循环实验主要是针对IGBT的封装可靠性⾏进⾏实验,通过控制实验条件再现IGBT封装的主要两种失效⽅式
键合线失效和焊料层⽼化
键合线失效和焊料层⽼化。
实验的关键是控制结温的波动范围以及最⾼温度,得到不同条件下的实验寿命,从⽽得到IGBT的寿命。
⼴电计量IGBT试验能⼒
模块检测：静态参数、动态参数、连接层检测（SAM）、IPIM、OMA；
模块特性测试：寄⽣杂散电感、热阻值、短路耐量、绝缘测试、机械参数检测；
环境测试：热冲击、机械振动、机械冲击；
寿命测试：功率循环（PCsec）、功率循怀（PCmin）、⾼温存储、低温存储、⾼温反偏、⾼温棚偏置、⾼温⾼湿反偏；
技术探讨：冯⼯183********（WX同步）。
执行功率循环测试以分析汽车 IGBT 芯片中的材料性能下降
执行功率循环测试以分析汽车IGBT 芯片中的材料性能下降，这是我们需要校准仿真模型的原因。
图10 显示了使用校准后的详细模型仿真加热期结束时，两个相邻IGBT 的温度分布。
相邻芯片之间的热耦合可以忽略不计；因此，可以单独地调查每个芯片。
图10：3 秒钟之后一个半桥模块的仿真温度分布。
由于加热时间短，基板-底板连接的最大温升为71 °C，但是芯片粘接温度升高超过100 °C。
这种结果表明，结构中最易受损的地方是芯片粘接材料。
定期测量的热瞬态值允许我们根据应用的不同功率循环次数生成结构函数。
图11 显示产生的功率循环对每5,000 个循环对应的结构函数的影响。
在第一个电容阶跃之后，平坦区域对应于芯片粘接材料。
结构在17,000 个循环之前保持稳定；但是，在此之后，芯片粘接材料明显发生降级，并且其阻抗连续升高直至器件发生故障。
图11：样品0 对应于不同时间点的控制测量结果的结构函数。
如图12 中所示，读取的芯片粘接层热阻除以系统的初始结-环境阻抗，并绘制为功率循环的函数。
此计算可确认该层在15,000 个循环之后迅速开始降级。
热路径的变化极其显著，因为芯片粘接材料发生了极大的变化，在后一个结构元件中无法调查。
但是，后一部分中的降级也可合理预测，只不过它们与芯片粘接材料的问题相比可忽略不计。
图12：初始状态下的芯片粘接层热阻与结-环境热阻对比。
大约20,000 个循环后，芯片粘接层的降级影响变得很明显，在大约10,000 个循环内，样品的结-环境总热阻由于循环而倍增。
在30,000 个循环后，我们无法确定芯片粘接层的热阻，因为热扩散路径发生了变化。
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三相逆变系统中IGBT模块功率循环实验设计
三相逆变系统中IGBT模块功率循环实验设计李晓光【摘要】由于风力发电系统的电流器中IGBT模块寿命主要受风速随机性和内部温度变化的影响,采用电压型三相SPWM逆变电路的结构对IGBT模块功率循环实验进行设计,搭建功率循环系统实验平台,通过分析其输出结果,验证了实验平台可以很好的模拟IGBT实际工作环境,对研究IGBT功率循环的失效分析有着重要意义.【期刊名称】《河北电力技术》【年(卷),期】2016(035)002【总页数】3页(P32-34)【关键词】三相逆变系统;功率循环;实验平台【作者】李晓光【作者单位】国网河北省电力公司沧州供电分公司,河北沧州 061113【正文语种】中文【中图分类】TM322.8随着风力发电的成熟以及市场的不断扩大，风力发电正逐步实现产业化和规模化。
而风力发电系统中换流器的IGBT模块是系统运行中可靠性最薄弱的环节，IGBT 不断的工作在开通关断状态下，会导致温度高低不停的变化，从而产生温差，温差越大功率循环次数越低。
因此搭建功率循环实验平台模拟以上情况的出现，对研究功率循环和温度变化带来的损伤对IGBT寿命的影响有着十分重要的意义［1］。
目前的研究多是针对功率循环与IGBT寿命的关系。
文献［2］采用功率循环测试对IGBT进行加速寿命实验来研究循环次数与电压、温度间的关系。
文献［3］运用功率循环技术对功率模块的疲劳寿命进行了预测。
文献［4］提出一种机侧变流器IGBT模块的功率循环能力评估方法，研究了风速对功率循环能力的影响。
文献［5］利用电子设备评估模型，对IGBT模块的功率循环能力进行了评估。
以上文献均未对功率循环系统搭建进行说明。
采用电压型三相SPWM逆变电路结构对模型进行设计，根据此模型搭建三相逆变系统实验平台，通过仿真实验，对其工作原理、控制电路及谐波等进行分析，为研究IGBT模块的电气性能及逆变系统的运行可靠性奠定了良好的基础。
逆变具有实现直流电转换成交流电的功能。
汽车级IGBT模块功率循环及温度循环寿命对比与分析
力，其中热应力集中的部位包括：键合线，芯片 焊层，底板焊层，如图 1 所示的红色部位。随着 热应力不断循环累积，首先会使键合线和焊接层 产生裂纹，最终引发键合线脱落或焊层大面积分 层导致模块失效。
键合线 二极管 芯片焊层
键合线 IGBT
底板焊层 导热硅脂
散热器
键合线
底板
DBC
图 1 IGBT 模块多层结构示意 Fig. 1 Schematic diagram of the IGBT module multi-
起模块内部温度的升高或降低，这类温度变化的 幅值通常不高，但是频次较高，主要会对 IGBT 内部键合线及芯片焊层的寿命造成损伤。第 2 类 是由于电力电子装置频繁的启动–工作–停机循环 造成的温度变化。仍然以电动汽车为例，车辆在 启动前，IGBT 模块的温度与周围环境温度相同， 当车辆启动并正常行驶后，模块的温度会显著上 升，同样当车辆熄火后模块的温度逐渐下降并再 次与周围环境温度相同，这类温度变化相比第 1 类频次要低得多，但是变化幅值很高，特别是 在极寒的气候条件下，这类温度变化的幅值可能 达到 150~200 ℃，如此巨大的温度变化量所产生 的应力非常大，会极大地减少 IGBT 的寿命。
layer structure
因此，为确保 IGBT 及整个装置能够长时间 安全可靠运行，需要对 IGBT 的可靠性进行评 估，目前普遍采用的方法有功率循环试验和温度 循环试验 。 [1,4-10] 其中前者通过对 IGBT 施加脉冲电 流使键合线焊点（简称键合点）及芯片焊层产生 温度变化，功率循环试验的循环周期很短，通常 只有几秒钟，用于验证键合线及芯片焊层的可靠 性；后者则通过环境试验箱对 IGBT 进行整体加 热和冷却，使整个模块产生温度变化，温度循环 试验的循环周期相对较长，一般为几十分钟，用 于验证底板焊接层的可靠性。
双馈风电变流器IGBT模块功率循环能力评估
双馈风电变流器IGBT模块功率循环能力评估李辉;秦星;刘盛权;杨东;杨超;胡姚刚;冉立;唐显虎【摘要】为准确评估不同风况下双馈风电机组变流器的可靠性水平,提出一种机侧变流器IGBT模块的功率循环能力评估方法,并研究了风速对功率循环能力的影响.基于器件失效模型,建立机侧变流器IGBT模块的平均失效时间(MTTF)计算模型.结合变流器实时运行参数,建立机侧变流器IGBT模块结温计算模型,并分析湍流风速对结温波动的影响,进而提出基于雨流算法提取随机结温波动信息.根据提取的随机结温波动信息,结合风速统计特性,提出机侧变流器IGBT模块功率循环能力评估模型.最后,以某1.5 MW双馈风电机组机侧变流器IGBT模块为例,分析年平均风速及湍流强度对其功率循环能力的影响.分析结果表明:该变流器IGBT模块的MTTF其随着年平均风速及湍流强度的增大而减小;相比传统评估模型,所建立的评估模型更准确.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2015(035)001【总页数】7页(P6-12)【关键词】双馈风电机组;风电;变流器;IGBT;功率循环能力;结温;湍流风速;可靠性;评估【作者】李辉;秦星;刘盛权;杨东;杨超;胡姚刚;冉立;唐显虎【作者单位】重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044;重庆科凯前卫风电设备有限责任公司,重庆401121【正文语种】中文【中图分类】TM46;TM85;TM6140 引言风电变流器作为风能转换系统中的枢纽，是影响风电机组及其入网稳定性的重要环节，但现有文献表明，风电变流器是风能转换系统中的薄弱环节之一，因变流器失效导致系统故障占的比重很大，而且其中超过50%的故障是因IGBT模块（6组IGBT及其反并联二极管构成）功率循环失效造成的[1-4]。
IGBT加速老化试验电路的研究的开题报告
IGBT加速老化试验电路的研究的开题报告一、选题背景及意义随着现代电力电子技术的飞速发展，随之而来的是电力电子器件的广泛应用。
其中，由于其特有的控制方式、高电压驱动电路等特点，IGBT逐渐成为了现代电力电子技术中最为常用的器件之一。
然而，实际应用中IGBT长期处于高压、高温、高电流等恶劣的工作环境中，可能会受到严重的老化和劣化，从而导致整个电力电子系统的失效。
为此，进行IGBT的加速老化试验以评估其所处环境对器件性能的影响并预测其使用寿命，具有十分重要的意义。
本课题旨在研究IGBT加速老化试验电路的设计和实现，为IGBT的可靠性评估提供有力的支持。
二、研究内容1. IGBT加速老化机理的分析与研究。
2. IGBT加速老化试验标准的制定。
3. IGBT加速老化试验电路的设计与实现。
4. IGBT加速老化试验的数据记录与分析。
三、研究方法1.文献调研：通过搜集现有文献，深入了解IGBT加速老化机理和试验标准。
2.试验设计：根据文献调研，设计IGBT加速老化试验的电路。
3.试验实施：实现IGBT加速老化试验电路，并记录试验数据。
4.数据分析：对IGBT加速老化试验的数据进行统计和分析。
四、预期成果1.建立了IGBT加速老化试验电路。
2.获得了IGBT加速老化试验的数据。
3.得出IGBT加速老化试验的结论和建议。
五、研究计划1.第一年：完成文献调研和试验标准的制定。
2.第二年：设计和实现IGBT加速老化试验电路，并进行实验。
3.第三年：对实验数据进行统计和分析，得出结论和建议。
六、可行性分析IGBT加速老化试验电路的设计和实现，可以借鉴现有文献和相关资料，如现有的实验平台和测试仪器。
因此，本课题的可行性较高。
同时，在对IGBT加速老化试验结果进行分析时，也可以借助常用的数据分析方法，如多元统计分析、逐步回归分析等。
igbt的实验报告
igbt的实验报告
IGBT实验报告：性能分析与应用展望
在现代电力电子领域，IGBT（绝缘栅双极晶体管）作为一种重要的功率半导体器件，其性能分析和应用展望一直备受关注。
本文将对IGBT的实验结果进行分析，并展望其在未来的应用前景。
首先，我们对IGBT进行了性能测试，包括导通压降、关断损耗、开关速度等方面的实验。
实验结果表明，IGBT具有低导通压降、高关断损耗和快速的开关速度，适合用于高频率的功率转换应用。
其次，我们对IGBT在不同工作条件下的性能进行了研究。
实验结果显示，IGBT 在高温、高湿度等恶劣环境下仍能保持稳定的性能，具有较强的抗干扰能力，适合用于工业控制和电力传输等领域。
此外，我们还对IGBT在电动汽车、可再生能源等新兴领域的应用进行了展望。
实验结果表明，IGBT具有高效、可靠的特点，能够满足这些领域对功率半导体器件的高要求，具有广阔的市场前景。
综上所述，IGBT作为一种重要的功率半导体器件，具有优良的性能和广泛的应用前景。
我们相信，在未来的发展中，IGBT将在电力电子领域发挥越来越重要的作用，为社会的可持续发展做出更大的贡献。
周期瞬态工况下IGBT交流加速老化方法研究
电气传动2021年第51卷第4期Research on IGBT AC Accelerated Aging Method Under Cyclic Transient ConditionsPAN Xiaochen 1，SUN Zhaolong 1，LUO Quanming 2（1.School of Electric Power Engineering ，Naval University of Engineering ，Wuhan 430000，Hubei ，China ；2.State Key Laboratory of Power Transmission Equipment &System Security and New Technology（Chongqing University ），Chongqing 400044，China ）Abstract:Aiming at the fact that the DC accelerated aging method can not reproduce the IGBT operating characteristics under cyclic transient conditions ，a method for AC accelerated aging of H-bridge cascading IGBT modules under periodic transient conditions was proposed.Firstly ，the H-bridge cascade topology under periodic transient conditions was analyzed ，then the single-phase full-bridge IGBT loss under PWM control was modeled and analyzed ，And the comparison of the junction temperature fluctuation of the power module during DC accelerated aging and AC accelerated aging was carried out.Temperature fluctuations were compared and analyzed.According to the commonly used life analysis model of the IGBT ，the Lesit model and the results in the simulation ，the rationality of the equivalent full-bridge circuit was illustrated.Finally ，the AC accelerated aging experiment platform was built ，the simulation results between the new circuit proposed and the original H bridge cascade circuit were compared and analyzed.This method can provide a new way to study IGBT reliability under special working conditions.Key words:periodic transient ；AC accelerated aging ；H-bridge cascade ；single phase full bridge ；IGBT modules作者简介：潘萧臣（1995—），男，硕士，Email ：**************************摘要：针对以往直流加速老化方法不能复现周期瞬态工况下IGBT 工作特性的情况，提出一种对处于周期瞬态工况下H 桥级联的IGBT 模块进行交流加速老化的方法。
IGBT部品寿命评估测试-Power Cycle
IGBT寿命评价Power Cycle实验和高温高湿偏压
所谓Power Cycle实验，即对IGBT大功率电子部件施加额定满负荷推测部品寿命的试验。
在给IBGT部品设定接近破坏的最大限度的电压、电流、温度的负荷的同时，又必须控制不超过界限。
敝司使用的评价系统都是自主研发，可以对应市场上的试验设备难以对应的复杂条件设定。
Qualtec除了接受Power cycle试验委托，还可以对应Power cycle试验和其他环境试验的组合性试验评价的委托。
阔智科技日本总社研发结果。
1.Power cycle试验：对半导体的顺方向施加连续性·间歇性接通400A以上的电流。
2.高温高湿偏压实验：通过对半导体的逆方向反复施加3,000V以下的印加高电压，整个动作状态中顺方向中大电流导致的劣化，以及针对engineroom的高温高湿环境下逆方向高电压印加导致的劣化，进行组合试验
作者：Qualtec 检测中心
Power cycle试验机（气冷式）
高温高湿偏压试验机。
功率循环下IGBT模块电热参数变化规律分析
功率循环下IGBT模块电热参数变化规律分析吕高;赵巧娥;许亚惠【摘要】为了分析IGBT模块老化过程中电热参数的变化规律,对IGBT模块进行了功率循环加速老化试验,并基于单脉冲测试方法在加速老化试验进程中每间隔1 000次功率循环,测取一次IGBT的结温、集电极电流与饱和压降三维关系曲面、开关能耗、热阻抗以及瞬态热阻抗曲线.IGBT模块老化失效时,其饱和压降、开通能耗、关断能耗以及热阻较其初始值分别增大了3.92％、12.05％、18.87％和22.65％,试验结果表明随着IGBT模块功率循环次数的增多,相同工作条件下IGBT饱和压降的增幅逐渐加大,而饱和压降、结温和集电极电流三者间的内在关系没有明显变化;IGBT瞬态热阻抗曲线暂态部分几乎不变,稳态部分向上移动的幅度逐渐加大;测取的IGBT模块电热参数中饱和压降增幅最小,开关能耗增幅较大,模块热阻的增幅最为明显.%The power cycle accelerated aging test is carried on the IGBT module to analyze the variation law of the electro-thermal parameters during the aging process of the IGBT module,and the three dimensional relation surface of IGBT saturation voltage-junction temperature-collector current,switching loss,thermal impedance and transient thermal impedance curve are measured every 1000 power cycles based on the single pulse test method.Mter IGBT module aging failure,the IGBT saturation voltage,turn-on loss,turn-off loss and thermal resistance are increased by 3.92 ％,12.05 ％,18.87 ％ and 22.65 ％ respectively.The experimental results show that the increase of IGBT saturation voltage increases in the same operating conditions with the increase of the power cycle of the IGBT module,and the three dimensional relation surface ofsaturation voltage-junction temperature-collector current do not change significantly;The transient state of the transient thermal impedance curve of IGBT is almost unchanged,and the amplitude of the steady state is gradually increased;The increase of the saturation voltage of the IGBT module is the smallest,and the increase of the switching loss and thermal impedance is the largest.【期刊名称】《火力与指挥控制》【年(卷),期】2017(042)005【总页数】5页(P160-163,168)【关键词】IGBT模块;功率循环;老化试验;电热参数【作者】吕高;赵巧娥;许亚惠【作者单位】山西大学,太原030013;山西大学,太原030013;河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室,天津300130【正文语种】中文【中图分类】TM343绝缘栅双极型晶体管 (Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）是一种复合全控型功率半导体器件，由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成，不仅具有场效应管的开关速度快、输入阻抗高和驱动功率小等优点，而且具有三极管导通压降低和载流密度大的优点，已成为电力电子领域理想的开关器件，并广泛应用于交流电机、开关电源、牵引传动及变频器等关键领域［1］。
功率循环测试助力车用IGBT性能提升
书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
功率循环测试助力车用IGBT性能提升
汽车功率电子组件（例如IGBT）的设计必须能负荷数千小时的工作时间和上百万次的功率循环，同时得承受高达200℃的温度。
因此产品的可靠性特别关键，而同时故障成本也会是一个很大的问题。
随着工业电子系统对能量需求的增加，汽车功率电子设备和组件的供货商所面临的最大挑战就是提供汽车OEM业者所需更高可靠度的系统。
随着越来越高的能量负载压力，功率电子创新带来了一些新的技术，例如使用能够增加热传导系数的直接键合铜基板、优越的互连技术（粗封装键合线、带式键合等）和无焊料芯片粘贴技术，都是用来增强模块的循环能力。
这些新的基板有助于降低温度，金属带可负载更大的电流，而且无焊料芯片粘贴可以是烧结的银，具有特别低的热阻。
所有的技术都有助于改善组件中的热传路径。
但是，功率循环过程
和热效应所产生的热及热机械应力仍然会造成系统故障。
这些应力可能会导致很多问题，如封装键合线降级、黏贴层疲劳、堆栈脱层以及芯片或基板破裂。
结点位置的热消散是影响IGBT芯片可靠性的主要因素之一，特别
是芯片的粘贴层材料。
功率循环测试是仿效模块生命周期的理想方式，因根据所应用的领域，IGBT模块的切换次数是可被预测。
本文主要描述结合功率循环测试和热瞬态测试的测量研究，在此试
验中主要是利用功率循环测试造成组件故障，同时在不同的稳态之间进行热瞬态测量，用以确定IGBT样品的故障原因。
这类型的测试能适当协助重新设计模块的物理结构，此外根据需求，它还可以模拟热机械应力的输入。
专注下一代成长，为了孩子。
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２．１ 功 率 循 环 试 验 简 介 在 模 拟 现 场 工 作 条 件 下 ，对 ＩＧＢＴ模 块 进 行 可
靠 性 评 估 显 然 不 切 实 际 ．因 为 这 些 试 验 需 持 续 好 几 年 ，甚 至 十 几 年 。因 此 ，需通 过 一 些 快 速 试 验 来
ｗｈｉｃｈ ｍｅａｎｓ ｔｈａｔ ｉｔ ｃａｎ ｓｈｏ￣ｅｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｔｉｍｅ ｇｒｅａｔｌｙ ｂｙ ｔ ｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ｃｙｃｌｉｎｇ ｔｅｓｔ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈｅｒ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｔｅｍ—
ｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｗｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｅｆ ｉ ｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ＩＧＢＴ ｐｏｗｅｒ ｍｏｄｕｌｅｓ．
第 ５２卷 第 ８期 ２０１８年 ８ 月
电力 电子 技 术
Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｖｏ１．５２，Ｎｏ．８ Ａｕｇｕｓｔ ２０１８
Hale Waihona Puke ＩＧＢＴ功率模块加速功率循环试验 的研究
蒋 多晖 ，张 斌 ，郭 清
（１．安 徽 电 气 工 程 职 业 技 术 学 院 ，安 徽 合 肥 ２３００５１；２．浙 江 大 学 ，电 气 工 程 学 院 ，浙 江 杭 州 ３１００２７）
（１．Ａ ｎｈｕｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｃｏｌｌｅｇｅ，ｎｅｆｅｉ ２３００５１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ｃｙｃｌｉｎｇ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＩＧＢＴ） ｐｏｗｅｒ ｍｏｄｕｌｅｓ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ｃｙｃｌｉｎｇ ｔｅｓｔｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｒｕｎ ３ ｔｉｍｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｗｉｎｇ ６０ Ｋ，８０ Ｋ
摘 要 ：在此 设 计 了绝 缘栅 双 极型 晶 体管 （ＩＧＢＴ）模 块 加速 功 率 循环 试 验 电路 ，通 过 结温 差 ６０ Ｋ，８０ Ｋ和 １００ Ｋ
的 ３次加速 功率 循环 试验 ，发 现铝键 合 线的翘 起 、脱 离 或熔 断是 加速 功率 循环 试验 中 ＩＧＢＴ模块 失效 的主 要形
定 稿 日期 ：２０１８—０７—０４ 作 者 简 介 ：蒋 多 晖 （１９７２一），男 ，安 徽 合 肥 人 ，硕 士 ，讲 师 ， 研 究 方 向 为 电 网 运 行 及 电 力 电子 技 术 在 电 网 中的 应 用 。
对 ＩＧＢＴ可 靠 性进 行 评 估 。 其 中 ，功 率循 环 试 验 是 功 率 模块 可 靠 性评 估 中 最常 用到 的试验 之 一
功 率 循 环 电路 中 ，通 过 控 制大 电流 注 入使 被 测 ＩＧＢＴ器 件 结 温 在 最 大 值 与 最小 值 间循 环 波 动 ，电路 可 用直 流 或 交 流 电路 ．但 直 流 电路 拓 扑 更 简单 ，相 关 参数 更 易 监控 ［２Ｊ。直 流 功 率循 环 电路 中注 入 电流 与 ＩＧＢＴ结 温 对 应 关 系 见 图 １。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ｐｏｗｅｒ ｍｏｄｕｌｅｓ；ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｃｙｃｌｅｓ ｔｏ ｆａｉｌｕｒｅ
１ 引 言
ＩＧＢＴ芯 片 在 导 通 大 电流 状 态 及 开 关 瞬态 过 程 中会 产生 功耗 。形 成 的热 量绝 大 部分 要 通过 热 传 导 从 芯片 向下 传 递 到 基 板 。最 后 由基 板 下 的散 热 器 带 走 。随着 ＩＧＢＴ模 块 功 率 密度 增 加及 一 些新 应 用 领 域 要 求 模 块 在 比较 恶 劣 的 环 境 中 工 作 ． 这 对 ＩＧＢＴ模 块 的 可 靠 性 提 出 了更 高 要 求 。ＩＧＢＴ模 块 可 靠 性 往 往 会 影 响 整 个 电力 电子 系 统 的 可 靠 性 ， 对 电力 电 子 系 统 寿 命 的要 求 往 往 就 是 对 ＩＧＢＴ模 块 使 用 寿 命 的 要求 ．而 现 在 对 一 般 ＩＧＢＴ模 块 的 使 用 寿 命 要 求 至少 都 在 １０年 以上 ．甚 至 要 求 模 块 的 寿 命 达 到 ３０年 Ⅲ。 因 此 对 ＩＧＢＴ模 块 进 行 可 靠 性 验 证 ，并 预 测 其 寿 命 很 有 必 要 。
式 。加 速功 率循环 试验 的失 效周 期数 能较 好符 合经 典 的寿命 预 测模 型 ，这 说 明通过 提 高结 温差 来进 行加 速功
率循 环 试验 可大大 缩短 试验 时间 ，从 而提 高 ＩＧＢＴ模 块可 靠性 的验证 效率 。
关键 词 ：绝缘栅 双极 型 晶体管 ：功率 模块 ；结 温 ：失效周 期数
ａｎｄ １００ Ｋ ．Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍ ａｉｎ ｆａｉｌｕｒｅ ｍ ｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ＩＧＢＴ ｍｏｄｕｌｅｓ ａｒｅ ｔｈｅ ｌｉｆ ｔ—ｏｆ ａｎｄ ｍｅｌｔｄｏｗｎ ｏｆ ｂｏｎｄｅｄ． ｗｉｒｅｓ．Ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｃｙｃｌｅｓ ｔｏ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｃｙｃｌｉｎｇ ｔｅｓｔｓ ｇｅｔｓ ｃｌｏｓｅ ｔｏ ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｃ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，
中 图分 类 号 ：ＴＮ３２
文 献标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１０００一ｌＯＯＸ（２０１８）０８一Ｏ０６２—０４
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｃｙｃｌｉｎｇ Ｔｅｓｔ ｏｆ ＩＧＢＴ Ｐｏｗｅｒ Ｍ ｏｄｕｌｅｓ
ＪＩＡＮＧ Ｄｕｏ—ｈｕｉ ，ＺＨＡＮＧ Ｂｉｎ０，ＧＵＯ Ｑｉｎｇ