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基于稳态集-射极饱和电压的IGBT功率模块疲劳失效模型的研究 被引量:2
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作者 鹿靖 李游 《应用科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1078-1088,共11页
随着绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)功率模块在民用和军用领域应用的不断深入,IGBT功率模块在长时间电-热应力下的疲劳老化问题越来越突出。本文基于半导体物理和器件可靠性理论,研究IGBT功率模块封装失... 随着绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)功率模块在民用和军用领域应用的不断深入,IGBT功率模块在长时间电-热应力下的疲劳老化问题越来越突出。本文基于半导体物理和器件可靠性理论,研究IGBT功率模块封装失效的产生原因,分析焊料层和键丝失效的作用机理和表现特征。在研究IGBT通态电压模型的基础上,提出了一种基于稳态集-射极饱和电压的IGBT功率模块疲劳老化模型,实现对焊料层疲劳和键丝疲劳等封装老化问题的综合表征。搭建IGBT功率模块的电-热老化实验测试平台,进行了功率循环老化实验验证,结果表明本文模型可以较为准确地评估IGBT功率模块封装的疲劳老化程度。 展开更多
关键词 igbt功率模块 封装老化 电-热应力 集-射极饱和电压 失效模型 寿命评估
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EconoDUAL封装、母线电压800V的1200A IGBT功率模块设计与开发 被引量:2
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作者 回晓双 宁圃奇 +3 位作者 范涛 郭新华 傅金源 黄珂 《电源学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期72-77,共6页
提高车规级功率模块的功率密度对电动汽车的性能具有重要意义,而传统功率模块内部采用的二维布局杂散电感大,限制了开关速度与母线电压,影响功率密度的提高。为此,以EconoDUAL封装的IGBT功率模块为对象,使用叠层DBC的方法进行三维布局设... 提高车规级功率模块的功率密度对电动汽车的性能具有重要意义,而传统功率模块内部采用的二维布局杂散电感大,限制了开关速度与母线电压,影响功率密度的提高。为此,以EconoDUAL封装的IGBT功率模块为对象,使用叠层DBC的方法进行三维布局设计,开发出了1200 V/1200 A的IGBT功率模块;详细介绍了所提功率模块的布局结构,与传统二维布局方法相比,杂散电感下降了58%;同时,对功率模块进行电气性能测试,通过了母线电压800 V下脉冲电流为1200 A的双脉冲实验,证明了模块功率密度的提高。为了在提高功率密度的情况下不影响散热性能,功率模块底部使用了水冷PinFin散热器,并对其进行了散热仿真和结-水热阻的测试,结果表明,IGBT热阻为0.084 K/W,二极管热阻为0.124 K/W,与同封装下商用1200 V/900 A模块相比并无明显差异,证明了所提设计方法的正确性及有效性。 展开更多
关键词 功率模块 电动汽车 igbt功率模块 杂散电感 热阻
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IGBT功率模块封装失效机理及监测方法综述 被引量:12
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作者 尹志豪 余典儒 +2 位作者 朱家峰 沈耀春 徐菊 《电工电能新技术》 CSCD 北大核心 2022年第8期51-70,共20页
IGBT功率模块对于绿色电能的使用具有重大意义,IGBT功率模块封装结构是保证其正常工作的重要组成。本文从IGBT功率模块两种主要的封装方式——焊接型和压接型的结构入手,阐述了不同封装结构可能存在的不同失效机理。对比了两种封装模块... IGBT功率模块对于绿色电能的使用具有重大意义,IGBT功率模块封装结构是保证其正常工作的重要组成。本文从IGBT功率模块两种主要的封装方式——焊接型和压接型的结构入手,阐述了不同封装结构可能存在的不同失效机理。对比了两种封装模块的性能,包括焊接型模块的散热能力、可靠性、串并联能力、制造费用和功率密度等性能以及压接封装中的直接压接和弹性压接模块的性能。在模块性能监测参数方面,介绍了相关参数的监测电路,阐述了一些常见的监测参数以及目前存在的失效耦合机理不清和单一参数难以监测等问题,对其监测方法进行了叙述,并对比了焊接型和压接型模块在封装性能监测中的异同。对一些新的封装方式和监测方式进行了简述,最后展望了目前IGBT功率模块封装失效机理和监测的研究方向、发展方向。 展开更多
关键词 igbt功率模块封装结构 模块失效判定参数 失效机理 失效监测
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一种IGBT功率模块工程应用型双脉冲测试方法 被引量:4
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作者 侯湘庆 周献 李邦彦 《绿色科技》 2022年第16期251-254,259,共5页
目前IGBT功率模块作为控制系统的核心器件,广泛应用于新能源、轨道交通、船舶电力等生产生活中。IGBT功率模块是控制系统安全、可靠运行的核心器件。为了在系统实际运行工况中测试不同IGBT模块动态参数,提出了一种工程应用型双脉冲测试... 目前IGBT功率模块作为控制系统的核心器件,广泛应用于新能源、轨道交通、船舶电力等生产生活中。IGBT功率模块是控制系统安全、可靠运行的核心器件。为了在系统实际运行工况中测试不同IGBT模块动态参数,提出了一种工程应用型双脉冲测试方法,设计了通用型双脉冲测试装置,通过搭建的双脉冲测试平台,在额定工况与过载工况下,测试了500kW变频器中IGBT功率模块的开通与关断过程的动态参数。结果表明:IGBT关断时刻的尖峰电压与尖峰电流,驱动脉冲及电流震荡等测试结果符合要求。此方法反映了IGBT在实际工况中的动态性能,适于工程实际应用。 展开更多
关键词 igbt功率模块 双脉冲测试 通用双脉冲装置
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IGBT功率模块状态监测技术研究现状 被引量:6
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作者 孔梅娟 李志刚 +1 位作者 李雄 王存乐 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期145-152,共8页
介绍了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率模块键合引线脱落和焊料层疲劳两种主要的失效形式,分析了各自的失效机理。从IGBT功率模块失效发生部位的角度出发,即按照基于封装失效的状态监测技术和基于芯片失效的状态监测技术的分类方法,综述... 介绍了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率模块键合引线脱落和焊料层疲劳两种主要的失效形式,分析了各自的失效机理。从IGBT功率模块失效发生部位的角度出发,即按照基于封装失效的状态监测技术和基于芯片失效的状态监测技术的分类方法,综述了国内外IGBT状态监测技术,总结了两种主要失效形式的外部特征参量的变化,认为IGBT状态监测技术是进行故障预测及诊断、提高IGBT功率模块可靠性、减少经济损失的重要方法。对各种监测方法的优缺点及可行性进行了分析,探讨了其进一步的发展方向,对如何准确获取状态参量、如何提高状态监测技术的准确性等关键问题进行了展望。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管(igbt)功率模块 可靠性 状态监测 特征参量 故障预测
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大功率IGBT模块瞬态热阻的测试方法与装置 被引量:6
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作者 陆国权 李洁 +2 位作者 梅云辉 李欣 王磊 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CSCD 北大核心 2017年第7期669-675,共7页
为了表征大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的瞬态热响应行为,设计并实现了一种基于电学法的IGBT模块瞬态热阻测试装置.通过改变热阻测试装置的加热脉冲持续时间,使其等于不同材料层的热时间常数,控制热流在IGBT模块封装材料中的有效... 为了表征大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的瞬态热响应行为,设计并实现了一种基于电学法的IGBT模块瞬态热阻测试装置.通过改变热阻测试装置的加热脉冲持续时间,使其等于不同材料层的热时间常数,控制热流在IGBT模块封装材料中的有效传播路径,进而获得各封装材料的瞬态热阻.此外还具体分析了高低电平转换过程中暂态噪声和边界散热条件对测试结果精度的影响规律.结果表明,该装置具有较好的精确性和重复性,这将有助于准确无损分析器件及不同封装材料在瞬态条件下的散热性能,指导IGBT模块封装结构设计和封装材料选择. 展开更多
关键词 电学法 功率igbt模块 瞬态热阻 误差分析 K因子
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大功率IGBT模块及驱动电路综述 被引量:48
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作者 杨媛 文阳 李国玉 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期3207-3220,共14页
绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为电力电子设备中的核心器件,其应用场合越来越广泛,例如机车牵引,高压直流输电。这不仅对IGBT模块的性能提出了更严苛的挑战,同时也对IGBT的驱动保护电路提出了更高的要求。首先介绍了高压IGBT模块最新技术... 绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为电力电子设备中的核心器件,其应用场合越来越广泛,例如机车牵引,高压直流输电。这不仅对IGBT模块的性能提出了更严苛的挑战,同时也对IGBT的驱动保护电路提出了更高的要求。首先介绍了高压IGBT模块最新技术成果和发展趋势。其次,根据控制方式,对现阶段IGBT驱动电路以及串并联技术进行了总结分类。详细分析了各类驱动电路的工作原理和优缺点,给出了相应驱动电路的典型开关波形图。最后,对IGBT驱动电路未来的发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 功率igbt模块 igbt驱动电路 igbt串联 igbt并联 SIC器件
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功率IGBT模块测试设备脉冲高压参数校准技术研究 被引量:4
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作者 张小东 刘冲 《电测与仪表》 北大核心 2017年第16期106-109,共4页
为了避免器件温升对参数测量造成影响,"脉冲测试法"被广泛应用于功率IGBT模块的静态和动态参数测试中。该类设备内部单脉冲高压源脉冲宽度为50μs时脉冲的高压幅度可达7 k V以上,如何对该单脉冲高压源进行校准是一个技术难题... 为了避免器件温升对参数测量造成影响,"脉冲测试法"被广泛应用于功率IGBT模块的静态和动态参数测试中。该类设备内部单脉冲高压源脉冲宽度为50μs时脉冲的高压幅度可达7 k V以上,如何对该单脉冲高压源进行校准是一个技术难题。研制了脉冲高电压分压器,并使用数据采集单元搭建了脉冲高压参数校准装置,解决了功率IGBT模块测试设备的脉冲高压参数校准难题。通过测量不确定分析和实验验证,综合考虑各测量不确定度分量的影响,在包含因子k为2时,脉冲高压参数校准扩展测量不确定度为1.4%。 展开更多
关键词 功率igbt模块 脉冲测试法 脉冲高压 测量不确定度
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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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