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IGBT模块的功率循环

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为了包管产品的历久功能,也便是产品利用的寿命。IGBT模块厂家在产品定型前都市做一系列的牢靠性实验,以确保产品的临时历久功能。一样平常罕见的测试的项目如下图所示。
 


 

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这出自一份英飞凌关于3300V IHV-B封装产品系列的产品认证陈诉Product Qualification Report。这个陈诉里的测试项目,除了ESD静电测试以外,都是和IGBT模块的寿命相干的。寿命相干测试可以分红两局部,一局部是关于芯片自己寿命的稽核,另一局部是对机器毗连的稽核。此中对芯片自己寿命的稽核有如下内容:


 

  • HTRB,低温高压反偏测试,测试IGBT芯片的耐高压的牢靠性。

  • HTGB,低温门极应力测试,测试IGBT芯片门极的耐压牢靠性。

  • H3TRB,低温高湿反偏测试,测试IGBT芯片在高湿情况的牢靠性。

  • HV-H3TRB,高压低温高湿反偏测试,这是H3TRB的更严苛版本,由于高湿的实质是对芯片钝化层的一种腐化,而高压会减速这种腐化。


 

上述几条次要是评价芯片的历久性,在这些测试条件下,只需工夫充足长,芯片一定会坏的。


 

关于IGBT模块来说,模块内部是外壳和金属端子,外部不但有芯片,另有绑定线,另有绝缘陶瓷衬底,另有焊接层,ag8亚洲统称机器毗连。那怎样评价这些机器毗连的历久性呢?这便是功率循环,热循环,热打击,以及振动测试。


 


 

IGBT模块寿命评价近况

  • 现在技能程度下可实行的IGBT模块寿命评价办法——金属、焊接、机器委顿的相干寿命

  • 现在公认最能反应出金属委顿实践寿命的算法——雨流计数法

  • 现在公认的最无效的IGBT模块寿命评价的实行根据——功率、热循环测试才能
             
     


 

由于芯片的牢靠性以及抗振动才能没有一个业界公认的盘算方法去把减速实行后果和实践的利用寿命联系起来,而功率、热循环现在是有比力正确的办法去折算实践利用寿命的,而且关于现在的大局部罕见的封装工艺来说,功率、热循环照旧实践利用寿掷中的短板,以是有须要研讨功率循环,以盘算出更正确的实践寿命才能。


 

什么是功率循环?


 


 

功率循环power cycling望文生义[wàng wén shēng yì]便是让芯片间歇流过电流发生间隙热功率,从而使芯片温度动摇。由于热源为芯片本身热,以是一样平常称之为自动加热。功率循环的周期一样平常为3~5秒。
 


 

功率循环对IGBT模块毁伤的机理,次要是铜绑定线热收缩系数与芯片外表铝层热收缩系数差别,芯片热收缩系数与DBC板差别招致的。毁伤的后果次要是绑定线零落,断裂,芯片焊层分散。


 

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芯片焊层的分散有两种形式,含铅的焊层一样平常从边沿向中心渐渐分散,而锡银质料的焊层一样平常从中心向边沿渐渐分散。

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怎样举行功率、热循环测试?


 


 

IEC60749-34形貌了牢靠性实行电路毗连的办法,而IEC60747-9形貌了IGBT参数的测试办法,以及生效尺度的判据。关于功率循环,假如器件的导通压降凌驾初始值的5%大概热阻凌驾初始值的20%,即判断为生效。


 

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但是,业界的功率循环测试加载的办法并不一致,Impact of Test control Strategy on Power Cycling Lifetime这篇文章中叙述了到处加载办法:


 

  1. 恒定的导通及关断工夫:在测试历程中一直坚持恒定的导通工夫,关断工夫及导通电流。
             
     

  2. 恒定的壳温Tc动摇:渐渐关少导通的工夫维持恒定的壳温动摇 

  3. 恒定的功率Pv:在测试历程中,经过增加导通电流来一直坚持恒定的功率

  4. 恒定的结温Tj动摇:在测试历程中,增加导通的工夫来维持恒定的结温动摇


 

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下图是测试后果,可以看出四种测试办法对用一种IGBT模块的测试后果相差十分大。接纳恒定的导通及关断工夫,器件在35000个cycle时就生效了,第二种恒定壳温的办法在45000 cycle时生效,第三种恒功率法大约在不到70000个cycle时生效,而利用第四种恒结温法的话,器件寿命可以到达95000个cycle以上。这个后果也是比力好了解的,ag8亚洲晓得,功率循环的次数与结温动摇量亲密相干,随着功率循环的举行,被测器件导通压降及热阻势必上升,假如导通工夫及导通电流恒定的话,那么在老化前期器件结温会高于测试初期,器件所能接受的功率循环次数一定会少于恒定结温法。

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上面是开米尼茨大学的研讨后果,他们枚举了6种测试办法,此中恒功率法分为经过调治导通电流和调治门极电压两种办法,而恒定结温法分为经过调治导通电流、门极电压和导通工夫三种办法。此中最严苛的恒定脉冲法,与最宽松的减小导通工夫维持恒定结温法的后果相差在百分之五十以上。

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这是一个十分宏大的差距,以是在判别一款功率器件PC寿命的时分,不但要看功率循环的cycle值是几多,更要看测试的办法是什么。英飞凌模块的功率循环曲线是按照最严苛的条件,也便是恒定导通工夫和导通电流的办法来测试的,包管产品具有最初等级的牢靠性。


 

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测试的样品比力是有限的,那有限样品下的寿命后果怎样能迷信的统计为一个可信的寿命值呢?那便是另一个故意思的话题了,有兴味的同砚可以看看这篇论文。


 

ag8亚洲下次再聊。


 

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