IGBT模塊的功率循環(huán)

瑞迪瑞迪 2020-11-16 363 6509

為了保證產(chǎn)品的耐久性能

，也就是產(chǎn)品使用的壽命。IGBT模塊廠家在產(chǎn)品定型前都會做一系列的可靠性試驗，以確保產(chǎn)品的長期耐久性能。一般常見的測試的項目如下圖所示。

未命名圖片.jpg

這出自一份英飛凌關(guān)于3300V IHV-B封裝產(chǎn)品系列的產(chǎn)品認(rèn)證報告Product Qualification Report

。這個報告里的測試項目，除了ESD靜電測試以外，都是和IGBT模塊的壽命相關(guān)的

。壽命相關(guān)測試可以分成兩部分，一部分是對于芯片本身壽命的考核

，另一部分是對機械連接的考核

。其中對芯片本身壽命的考核有如下內(nèi)容：

HTRB
，高溫高壓反偏測試，測試IGBT芯片的耐高壓的可靠性
。
HTGB
，高溫門極應(yīng)力測試，測試IGBT芯片門極的耐壓可靠性
。
H3TRB
，高溫高濕反偏測試，測試IGBT芯片在高濕環(huán)境的可靠性
。
HV-H3TRB
，高壓高溫高濕反偏測試，這是H3TRB的更嚴(yán)苛版本
，因為高濕的本質(zhì)是對芯片鈍化層的一種腐蝕
，而高壓會加速這種腐蝕。

上述幾條主要是評估芯片的耐久性

，在這些測試條件下

，只要時間足夠長，芯片肯定會壞的

。

對于IGBT模塊來說

，模塊外部是外殼和金屬端子，內(nèi)部不僅有芯片

，還有綁定線

，還有絕緣陶瓷襯底，還有焊接層

，我們統(tǒng)稱機械連接

。那如何評估這些機械連接的耐久性呢？這就是功率循環(huán)

，熱循環(huán)

，熱沖擊，以及振動測試

。

IGBT模塊壽命評估現(xiàn)狀

目前技術(shù)水平下可實施的IGBT模塊壽命評估方法——金屬
、焊接、機械疲勞的相關(guān)壽命
目前公認(rèn)最能反映出金屬疲勞實際壽命的算法——雨流計數(shù)法
目前公認(rèn)的最有效的IGBT模塊壽命評估的實驗依據(jù)——功率
、熱循環(huán)測試能力

由于芯片的可靠性以及抗振動能力沒有一個業(yè)界公認(rèn)的計算方式去把加速實驗結(jié)果和實際的使用壽命聯(lián)系起來

，而功率、熱循環(huán)目前是有比較準(zhǔn)確的方法去折算實際使用壽命的

，并且對于目前的大部分常見的封裝工藝來說

，功率、熱循環(huán)還是實際使用壽命中的短板，所以有必要研究功率循環(huán)

，以計算出更準(zhǔn)確的實際壽命能力

。

什么是功率循環(huán)？

功率循環(huán)power cycling顧名思義就是讓芯片間歇流過電流產(chǎn)生間隙發(fā)熱功率

，從而使芯片溫度波動

。因為熱源為芯片自身發(fā)熱，所以一般稱之為主動加熱

。功率循環(huán)的周期一般為3~5秒

。

功率循環(huán)對IGBT模塊損傷的機理，主要是銅綁定線熱膨脹系數(shù)與芯片表面鋁層熱膨脹系數(shù)不同

，芯片熱膨脹系數(shù)與DBC板不同導(dǎo)致的

。損傷的結(jié)果主要是綁定線脫落，斷裂

，芯片焊層分離

。

未命名圖片.jpg

芯片焊層的分離有兩種模式，含鉛的焊層一般從邊緣向中心逐漸分離

，而錫銀材料的焊層一般從中心向邊緣逐漸分離

。

未命名圖片.jpg

如何進行功率、熱循環(huán)測試

？

IEC60749-34描述了可靠性實驗電路連接的方法

，而IEC60747-9描述了IGBT參數(shù)的測試方法，以及失效標(biāo)準(zhǔn)的判據(jù)

。對于功率循環(huán)

，如果器件的導(dǎo)通壓降超過初始值的5%或者熱阻超過初始值的20%

，即判定為失效

。

未命名圖片.png

然而，業(yè)界的功率循環(huán)測試加載的方法并不統(tǒng)一

，Impact of Test control Strategy on Power Cycling Lifetime這篇文章中論述了四處加載方法：

恒定的導(dǎo)通及關(guān)斷時間：在測試過程中始終保持恒定的導(dǎo)通時間
，關(guān)斷時間及導(dǎo)通電流。
恒定的殼溫Tc波動：逐漸關(guān)少導(dǎo)通的時間維持恒定的殼溫波動
恒定的功率Pv：在測試過程中
，通過減少導(dǎo)通電流來始終保持恒定的功率
恒定的結(jié)溫Tj波動：在測試過程中
，減少導(dǎo)通的時間來維持恒定的結(jié)溫波動

未命名圖片.png

下圖是測試結(jié)果，可以看出四種測試方法對用一種IGBT模塊的測試結(jié)果相差非常大

。采用恒定的導(dǎo)通及關(guān)斷時間

，器件在35000個cycle時就失效了，第二種恒定殼溫的方法在45000 cycle時失效

，第三種恒功率法大概在不到70000個cycle時失效

，而使用第四種恒結(jié)溫法的話，器件壽命可以達到95000個cycle以上。這個結(jié)果也是比較好理解的

，我們知道

，功率循環(huán)的次數(shù)與結(jié)溫波動量密切相關(guān)，隨著功率循環(huán)的進行

，被測器件導(dǎo)通壓降及熱阻勢必上升

，如果導(dǎo)通時間及導(dǎo)通電流恒定的話，那么在老化后期器件結(jié)溫會高于測試初期

，器件所能承受的功率循環(huán)次數(shù)必然會少于恒定結(jié)溫法

。

未命名圖片.png

下面是開米尼茨大學(xué)的研究結(jié)果，他們列舉了6種測試方法

，其中恒功率法分為通過調(diào)節(jié)導(dǎo)通電流和調(diào)節(jié)門極電壓兩種方法

，而恒定結(jié)溫法分為通過調(diào)節(jié)導(dǎo)通電流、門極電壓和導(dǎo)通時間三種方法

。其中最嚴(yán)苛的恒定脈沖法

，與最寬松的減小導(dǎo)通時間維持恒定結(jié)溫法的結(jié)果相差在百分之五十以上。

未命名圖片.png

這是一個非常巨大的差距

，所以在判斷一款功率器件PC壽命的時候

，不光要看功率循環(huán)的cycle值是多少，更要看測試的方法是什么

。英飛凌模塊的功率循環(huán)曲線是依照最嚴(yán)苛的條件

，也就是恒定導(dǎo)通時間和導(dǎo)通電流的方法來測試的，保證產(chǎn)品具有最高等級的可靠性

。

未命名圖片.jpg

測試的樣品比較是有限的

，那有限樣品下的壽命結(jié)果如何能科學(xué)的統(tǒng)計為一個可信的壽命值呢？那就是另一個有意思的話題了

，有興趣的同學(xué)可以看看這篇論文

。

我們下次再聊。

未命名圖片.png

Share: 363

返回: 上一篇：沒有了
！; 下一篇：沒有了
！

最新文章

2020-11-16• IGBT模塊的功率循環(huán)

相關(guān)文章

文章排行榜

標(biāo)簽列表

瑞迪

皖公網(wǎng)安備 34020302000234號網(wǎng)站地圖

回到頂部

国产免费永久在线视频,国产免费又,国产免费又黄又刺激,国产免费糟蹋美女视频,国产免费真实喷潮视频,国产免费制服丝袜网站,国产免费中文,国产免费自拍91