环氧树脂对双面散热IGBT模块功率循环寿命影响分析

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作者 刘鹏 周望君 +4 位作者 邓二平 陆金辉 陈杰 常桂钦 黄永章 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第9期3598-3608,I0028,共12页

双面散热绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块以其热阻小、功率密度高、寄生电感小等优势逐渐成为电动汽车功率器件的首要选择,其封装可靠性也受到广泛关注。虽然不少厂商和学者针对模块内部各材料进行功... 双面散热绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块以其热阻小、功率密度高、寄生电感小等优势逐渐成为电动汽车功率器件的首要选择,其封装可靠性也受到广泛关注。虽然不少厂商和学者针对模块内部各材料进行功率循环研究,但作为与芯片、三层焊料直接接触的环氧树脂是否对双面散热IGBT模块的功率循环寿命有影响尚且未知。文中对环氧树脂塑封的双面散热IGBT模块和无环氧树脂的双面散热IGBT模块开展相同条件下的功率循环试验,试验结果表明,环氧树脂能提高双面散热IGBT模块的焊料寿命,从而提高其功率循环寿命,但会引起芯片失效。通过试验前后超声波扫描以及功率循环仿真解释环氧树脂对双面散热IGBT模块的影响机理。该研究成果可为半导体器件厂商设计和制造双面散热IGBT模块提供一定参考。 展开更多

关键词 双面散热igbt模块 功率循环寿命 影响机理 有限元模型 环氧树脂塑封

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散热底板对IGBT模块功率循环老化寿命的影响 被引量：4

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作者 常桂钦 罗海辉 +2 位作者 方超 陈杰 黄永章 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期2485-2495,共11页

功率半导体模块通常采用减小结壳热阻的方式来降低工作结温,集成Pin-Fin基板代替平板基板是一种有效的选择。两种封装结构的热阻抗特性不同,可能对其失效机理及应用寿命产生影响。针对平板基板和集成Pin-Fin基板两种常见车规级IGBT模块... 功率半导体模块通常采用减小结壳热阻的方式来降低工作结温,集成Pin-Fin基板代替平板基板是一种有效的选择。两种封装结构的热阻抗特性不同,可能对其失效机理及应用寿命产生影响。针对平板基板和集成Pin-Fin基板两种常见车规级IGBT模块进行了相同热力测试条件(结温差100 K,最高结温150℃)下的功率循环试验,结果表明,散热更强的Pin-Fin模块功率循环寿命低于平板模块。失效分析显示,两者失效模式均为键合线脱附,但Pin-Fin模块的键合失效点集中在芯片中心区域,而平板模块的键合失效点则较为分散。基于电-热-力耦合分析方法,建立功率循环试验的有限元仿真模型,结果表明,Pin-Fin模块的芯片温变梯度更大,芯片中心区域键合点温度更高,使芯片中心区域的键合点塑性变形更大,导致其寿命较平板模块更短,与试验结果吻合。 展开更多

关键词 绝缘栅双极型晶体管 散热底板 热阻抗 功率循环寿命 有限元分析

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IGBT极限电流与极限功耗的识别方法 被引量：2

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作者 周文俊 刘希真 +1 位作者 李正勤 张立 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第2期239-242,共4页

研究了 IGBT在过电流的状态下 ,静态输出特性及动态电流和电压波形的变化规律 ,提出了 IGBT极限电流与极限功耗的识别方法 ,阐明了因过电流和过损耗致使

关键词 igbt 绝缘门极晶体管 极发功耗 极限电流 识别 失效机理

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兆瓦级风电变流器IGBT模块的热特性分析 被引量：3

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作者 简弃非 李聪 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1-6,共6页

以某企业建立的采用液冷冷却系统的IGBT模块实验平台为基础，对一3MW紧凑型风电机组的IGBT模块的热特性进行了分析．根据在动态实验中采集到的数据，得出了逆变器输出功率与时间的关系，并结合实验数据对模块温度以及发热量的变化特性... 以某企业建立的采用液冷冷却系统的IGBT模块实验平台为基础，对一3MW紧凑型风电机组的IGBT模块的热特性进行了分析．根据在动态实验中采集到的数据，得出了逆变器输出功率与时间的关系，并结合实验数据对模块温度以及发热量的变化特性进行了分析，得到了兆瓦级风电变流器中IGBT模块温度与发热量随时间的变化关系．实测结果表明，该风电机组逆变器的效率为98．62％，IGBT模块的最终工作温度保持在50～56℃，说明采用的液冷冷却系统对大功率IGBT模块具有良好的冷却效果． 展开更多

关键词 兆瓦级风电机组 igbt模块 功率损耗 热特性 逆变器效率

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IGBT结温的近似计算方法及应用 被引量：5

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作者 李岩磊 杨宁 马颖涛 《铁道机车车辆》 2015年第2期36-40,共5页

描述了IGBT的结构及散热原理。介绍了一种IGBT结温近似计算方法,将IGBT的导通损耗和开关损耗的计算大大简化,使结温的计算变得简便易行。通过应用实例验证了近似计算方法的可行性和准确性。

关键词 igbt结构 igbt散热原理 结温的近似算法 结温近似算法的应用

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一种快速准确的大功率IGBT建模方法 被引量：1

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作者 刘欣 王利桐 +1 位作者 梁贵书 齐磊 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期2826-2837,共12页

高压大功率绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的准确建模对IGBT应用中的损耗计算、机理分析、骚扰特性预测有重要意义。基区载流子分布计算是IGBT建模的核心内容,对于计及不同注入条件下大功率IGBT载流子分布计... 高压大功率绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的准确建模对IGBT应用中的损耗计算、机理分析、骚扰特性预测有重要意义。基区载流子分布计算是IGBT建模的核心内容,对于计及不同注入条件下大功率IGBT载流子分布计算,现有模型存在计算量大或精度低等缺点。文中首先研究大功率IGBT工作过程中基区载流子的分布特性,然后,以准静态和非准静态条件下基区载流子分布的差异性为突破口提出一种快速、准确、适用于大功率IGBT的建模方法。依据器件内基区耗尽层的边界是处于栅极区域附近还是越过栅极区域,该方法将IGBT工作状态分为两部分,并分别基于准静态假设和非准静态假设对两部分建模。由此可在不失精度的情况下避免载流子二维分布计算,有效地减小在计及不同注入条件下的计算量。最后,通过与现有方法和试验对比,验证所提方法在精度和计算速度方面的优势。 展开更多

关键词 大功率绝缘栅双极晶体管 静态输出特性 机理模型 载流子分布 不同注入条件 准静态和非准静态假设

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基于GARCH模型的IGBT寿命预测 被引量：19

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作者 白梁军 黄萌 +3 位作者 饶臻 潘尚智 查晓明 刘国友 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第18期5787-5795,共9页

绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)在新能源并网、电力传输等领域中得到了广泛应用,其可靠性引起了人们关注和重视。针对IGBT模块的可靠性分析和剩余使用寿命问题,文中提出一种利用加速老化数据对IGBT模块老化... 绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)在新能源并网、电力传输等领域中得到了广泛应用,其可靠性引起了人们关注和重视。针对IGBT模块的可靠性分析和剩余使用寿命问题,文中提出一种利用加速老化数据对IGBT模块老化模型建立方法,并利用建立的老化模型对IGBT模块的剩余使用寿命进行预测。首先介绍IGBT的失效机理,结合现有的加速老化数据,确定的以集电极-发射极通态压降作为剩余使用寿命预测依据。建立基于GARCH模型的IGBT老化寿命模型,通过3组IGBT模块加速老化数据对剩余寿命预测,验证所提方法的有效性。 展开更多

关键词 igbt模块 RUL预测 失效机理 GARCH模型

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功率循环试验中开通时间对高压大功率IGBT模块失效模式的影响及机理分析 被引量：20

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作者 陈杰 邓二平 +2 位作者 张一鸣 赵子轩 黄永章 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第23期7710-7720,共11页

通过在功率循环试验条件下建立的IGBT器件寿命模型,外推器件在实际工况下的寿命,一个重要的前提是不同条件下的失效模式和机理相同。虽然开通时间已被证实对寿命存在影响,但对失效模式和机理的影响尚且未知。对3300V/1500A高压大功率IGB... 通过在功率循环试验条件下建立的IGBT器件寿命模型,外推器件在实际工况下的寿命,一个重要的前提是不同条件下的失效模式和机理相同。虽然开通时间已被证实对寿命存在影响,但对失效模式和机理的影响尚且未知。对3300V/1500A高压大功率IGBT模块在相同的电热条件下,取不同开通时间(1s和2s)进行功率循环试验,并实现对结温、通态压降和准稳态结到壳的热阻等关键参数在每个周期的实时在线测量,结果表明开通时间对模块失效模式影响显著。开通时间为1s时,仅键合线老化失效,而开通时间为2s时,键合线和焊料层同时发生老化并失效,试验前后超声波扫描(scanning acoustic microscope,SAM)图像的对比验证了实验结果。建立IGBT模块的电–力–热多物理场有限元模型,揭示了开通时间对失效模式的影响机制以及模块具体的失效机理。研究成果可以为高压大功率IGBT模块的寿命预测和老化监测提供指导。 展开更多

关键词 高压大功率igbt模块 功率循环测试 开通时间 失效模式 有限元模型 机理分析

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空间对接机构缓冲元件吸能分配 被引量：3

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作者 赵阳 曹喜滨 邵成勋 《振动工程学报》 EI CSCD 2000年第3期438-442,共5页

空间对接机构差动式缓冲系统参数设计研究是开展对接机构的工程研制必须解决的首要问题。本文提出了包络寻大法和能量系数法两种能量分配方法 ,由此确定缓冲元件间吸能分配 。

关键词 航天器 空间对接机构 缓冲元件 吸能分配

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基于导纳方法的大型空间结构被动减振研究 被引量：2

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作者 严天宏 郑钢铁 黄文虎 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2000年第4期424-430,共7页

以导纳方法研究空间桁架或框架结构的振动，建立了适合分析各种边界条件下均匀梁的机械导纳的通用计算方法，然后通过导纳函数求解各结构单元传递或损耗的功率，通过对损耗功率较大的单元来增加结构的阻尼特性．根据导纳分析结果，可以... 以导纳方法研究空间桁架或框架结构的振动，建立了适合分析各种边界条件下均匀梁的机械导纳的通用计算方法，然后通过导纳函数求解各结构单元传递或损耗的功率，通过对损耗功率较大的单元来增加结构的阻尼特性．根据导纳分析结果，可以寻找阻尼单元的最优位置，对结构进行局部修改． 展开更多

关键词 导纳 振动控制 航天结构 空间结构 被动减振

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Al-12.7Si-0.7Mg合金超塑性变形行为及变形机理 被引量：3

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作者 周舸 丁桦 +1 位作者 李卓梁 曹富荣 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期965-969,共5页

对Al-12.7Si-0.7Mg合金在Instron5500电子万能材料试验机上进行超塑性拉伸实验.通过对该合金超塑性过程中延伸率δ,应变速率敏感性指数m值的计算,获得了不同变形温度、不同应变速率下δ和m值的变化规律.该合金在温度为793 K,应变速率为1... 对Al-12.7Si-0.7Mg合金在Instron5500电子万能材料试验机上进行超塑性拉伸实验.通过对该合金超塑性过程中延伸率δ,应变速率敏感性指数m值的计算,获得了不同变形温度、不同应变速率下δ和m值的变化规律.该合金在温度为793 K,应变速率为1.67×10-4s-1时,合金的应变速率敏感性指数和延伸率均达到最大值,分别为0.44,379%.分别构建了该合金的功率耗散率图以及铝合金RWS变形机理图.运用功率耗散率图预报该合金的超塑性变形区域;应用铝合金变形机理图并结合该合金超塑性拉伸前后显微组织变化规律,根据不同温度下Al-12.7Si-0.7Mg合金柏氏矢量补偿的晶粒尺寸值、模量补偿的应力值预报该合金的超塑性拉伸变形机理. 展开更多

关键词 Al-12.7Si-0.7Mg合金 应变速率敏感性指数 功率耗散率图 变形机理图 超塑性拉伸

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无刷电动舵机功率驱动电路发热特性分析 被引量：3

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作者 高智刚 李朋 +1 位作者 周军 邓涛 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期153-158,共6页

针对小型大功率无刷电动舵机由于大电流、高功率密度引起的散热困难问题,开展其功率驱动电路发热特性研究。根据所使用的H-PWM-L-ON型半桥调制模式,分析了IGBT三相桥式功率逆变电路的功率损耗,基于RC热网络模型方法建立了该电路的热传... 针对小型大功率无刷电动舵机由于大电流、高功率密度引起的散热困难问题,开展其功率驱动电路发热特性研究。根据所使用的H-PWM-L-ON型半桥调制模式,分析了IGBT三相桥式功率逆变电路的功率损耗,基于RC热网络模型方法建立了该电路的热传导模型,并使用英飞凌FS50R06W1E3型功率模块开展了功率驱动电路发热特性仿真分析和实验验证。结果表明,所给出的功率驱动电路功率损耗分析结果合理可信,通过该热传导模型可有效计算功率器件工作温度。在无刷电动舵机设计过程中,可使用此方法进行功率器件工作温度计算,在确保低于最高工作结温的情况下提高可用输出功率。 展开更多

关键词 无刷电动舵机 功率损耗 发热特性 热传导模型

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机电混合式功率控制器的研究与设计 被引量：1

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作者 陈兆磊 李霞 《电测与仪表》 北大核心 2013年第8期125-128,共4页

机电混合功率控制器是集断路器线路保护功能和固态继电器可靠性于一体的智能开关装置,是飞机负载管理中心的一个组成部分。采用IGBT作为开关器件,设计了一种机电混合式大电流功率控制器,该控制器在高压(270VDC)、大电流(200A)情况下,具... 机电混合功率控制器是集断路器线路保护功能和固态继电器可靠性于一体的智能开关装置,是飞机负载管理中心的一个组成部分。采用IGBT作为开关器件,设计了一种机电混合式大电流功率控制器,该控制器在高压(270VDC)、大电流(200A)情况下,具有开通关断无触点抖动、接触器故障时关断主回路、出现过电流时对固态开关器件保护等特性。最后给出了实验结果,验证了设计的可行性与正确性。 展开更多

关键词 机电混合式功率控制器 触点抖动 固态开关器件 igbt

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渐开线齿轮传动齿面滑动摩擦耗散功率研究 被引量：1

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作者 张宝锋 崔亚辉 +1 位作者 刘凯 李厚新 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2015年第10期1574-1579,共6页

基于齿轮系统的功能传递原理和摩擦耗散机理,分析了齿轮传动过程中单齿和双齿啮合的特性,求解了齿面滑动速度和齿面法向正压力分配系数,建立了齿轮系统瞬时啮合耗散功率计算的数学模型,并以某NGW型行星齿轮减速器为例计算了组成系统的... 基于齿轮系统的功能传递原理和摩擦耗散机理,分析了齿轮传动过程中单齿和双齿啮合的特性,求解了齿面滑动速度和齿面法向正压力分配系数,建立了齿轮系统瞬时啮合耗散功率计算的数学模型,并以某NGW型行星齿轮减速器为例计算了组成系统的各对齿轮传动的瞬时摩擦耗散功率和传动效率。结果表明:单齿啮合区齿面滑动摩擦耗散功率较小,双齿啮合区齿面滑动摩擦耗散功率较大;齿面滑动摩擦耗散功率和啮合传动效率具有周期性和时变性,并且具有很大的突变性;外啮合齿轮副齿面摩擦耗散功率大于内啮合齿轮副;各行星轮和中心轮的啮合状态之间的相位关系对瞬时摩擦耗散功率和传动效率影响很大,对行星轮系传动的平稳性有一定影响。 展开更多

关键词 齿轮啮合 耗散功率 传动效率 周期性

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SiC功率模块封装技术及展望 被引量：10

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作者 蔡蔚 杨茂通 +1 位作者 刘洋 李道会 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期638-647,共10页

SiC MOSFET器件的集成化、高频化和高效化需求,对功率模块封装形式和工艺提出了更高的要求。本文中总结了近年来封装形式的结构优化和技术创新,包括键合式功率模块的金属键合线长度、宽度和并联数量对寄生电感的影响,直接覆铜(DBC)的陶... SiC MOSFET器件的集成化、高频化和高效化需求,对功率模块封装形式和工艺提出了更高的要求。本文中总结了近年来封装形式的结构优化和技术创新,包括键合式功率模块的金属键合线长度、宽度和并联数量对寄生电感的影响,直接覆铜(DBC)的陶瓷基板中陶瓷层的面积和高度对寄生电容的影响,以及采用叠层换流技术优化寄生参数等成果;综述了双面散热结构的缓冲层厚度和形状对散热指标和应力与形变的影响;汇总了功率模块常见失效机理和解决措施,为模块的安全使用提供参考。最后探讨了先进烧结银技术的要求和关键问题,并展望了烧结封装技术和材料的发展方向。 展开更多

关键词 功率模块 模块封装 失效机理 双面散热 烧结封装 银烧结技术 寄生参数

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DC功率循环与PWM功率循环的差异对比分析 被引量：3

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作者 谢露红 赵雨山 +3 位作者 常桂钦 邓二平 陈杰 黄永章 《半导体技术》 CAS 北大核心 2021年第10期808-818,共11页

与DC功率循环相比,脉冲宽带调制(PWM)功率循环由于其控制方式与模块的实际应用工况相同,因此其测试条件更接近于模块的实际运行工况。但是两者之间的差异是否会对模块可靠性测试结果产生影响还有待研究。从DC功率循环和PWM功率循环的测... 与DC功率循环相比,脉冲宽带调制(PWM)功率循环由于其控制方式与模块的实际应用工况相同,因此其测试条件更接近于模块的实际运行工况。但是两者之间的差异是否会对模块可靠性测试结果产生影响还有待研究。从DC功率循环和PWM功率循环的测试原理、结温测量方法、失效机理和寿命方面进行了系统的分析论述。首先分析得到了两种功率循环方式之间的差异,然后从失效机理及寿命两个方面进行对比,发现DC功率循环与PWM功率循环之间的差异对模块失效机理及寿命的影响很小,因此可以认为尽管DC功率循环和PWM功率循环之间存在差异,但是其差异性并不会对模块可靠性测试的结果产生影响。 展开更多

关键词 igbt DC功率循环 脉冲宽带调制(PWM)功率循环 失效机理 寿命 差异对比分析

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