[發(fā)明專利]模擬壓接式IGBT器件失效短路機(jī)理的有限元建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711158329.0
• 申請(qǐng)日: 2017-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN107679353B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李輝;姚然;賴偉;任海;李金元;龍海洋;李堯圣;何蓓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及一種模擬壓接式IGBT器件失效短路機(jī)理的有限元建模方法，屬于大功率半導(dǎo)體器件失效機(jī)理和可靠性研究領(lǐng)域。該建模方法包括壓接式IGBT失效短路過程模擬，建立失效短路形成滲透坑的壓接式IGBT器件等效模型，通過設(shè)置滲透坑內(nèi)鋁元素含量，形成不同失效短路過程的材料屬性變化；壓接式IGBT器件多物理場(chǎng)建模，建立壓接式IGBT器件幾何模型，基于不同失效短路過程的材料屬性變化，循環(huán)仿真模擬在不同失效短路過程中電阻、熱阻變化規(guī)律。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了壓接式IGBT器件失效短路過程有限元建模分析，通過考慮滲透坑的失效短路等效模型，模擬了壓接式IGBT器件在發(fā)生失效短路過程中特征參數(shù)的變化，可以為壓接式IGBT器件失效短路狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于大功率半導(dǎo)體器件失效模擬仿真領(lǐng)域，涉及一種模擬壓接式IGBT器件失效短路機(jī)理的有限元建模方法。

背景技術(shù)

壓接式IGBT器件因?yàn)槠潆p面散熱、失效短路等優(yōu)點(diǎn)正逐步取代焊接式IGBT應(yīng)用到柔性直流換流閥中，無論從器件設(shè)計(jì)可靠性和系統(tǒng)運(yùn)行可靠性角度，壓接式IGBT器件失效短路過程分析至關(guān)重要。通過壓接式IGBT器件短路測(cè)試實(shí)驗(yàn)來分析其失效過程方法，由于失效短路發(fā)生時(shí)間短，難以分析其整個(gè)失效短路過程的參數(shù)和性能變化規(guī)律；而傳統(tǒng)的多物理場(chǎng)建模方法不適合模擬其失效短路過程和特征參數(shù)變化。因此，基于壓接式IGBT器件失效短路的機(jī)理，運(yùn)用有限元法模擬壓接式IGBT器件的失效短路過程，對(duì)柔性直流換流閥用壓接式IGBT的可靠性運(yùn)行和特征參數(shù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)都具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

現(xiàn)有方法在分析壓接式IGBT器件失效短路時(shí)主要側(cè)重于分析失效化學(xué)、物理機(jī)理。但實(shí)際上，壓接式IGBT器件從失效短路發(fā)生到最終短路有一個(gè)變化過程，IGBT芯片上鋁鍍層不斷融入芯片內(nèi)出現(xiàn)滲透坑，使壓接式IGBT的特征參數(shù)發(fā)生變化。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種模擬壓接式IGBT器件失效短路機(jī)理的有限元建模方法，從而達(dá)到更準(zhǔn)確地分析壓接式IGBT器件失效短路過程的目的，為有效監(jiān)測(cè)壓接式IGBT器件失效短路的特征參數(shù)提供支撐。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

模擬壓接式IGBT器件失效短路機(jī)理的有限元建模方法，該方法包含壓接式IGBT失效短路過程模擬，用于模擬壓接式IGBT器件失效部位滲透過程和特征參數(shù)的變化；

具體包含如下步驟：

S1：建立壓接式IGBT器件的滲透坑劣化模型；

S2：將壓接式IGBT器件的失效短路滲透坑進(jìn)行電導(dǎo)率變換處理，計(jì)算不同滲透程度時(shí)的電導(dǎo)率；

S3：設(shè)置壓接式IGBT器件處于不同失效短路程度的電導(dǎo)率；

S4：建立IGBT器件含滲透坑的等效模型；

S5：仿真不同滲透程度下壓接式IGBT器件的穩(wěn)態(tài)特性；

S6：獲得壓接式IGBT器件的失效短路等效模型。

進(jìn)一步，所述滲透坑由所述壓接式IGBT器件的芯片表面鋁鍍層與硅芯片，在高溫、高壓下經(jīng)滲透反應(yīng)形成。

進(jìn)一步，所述壓接式IGBT器件的滲透坑的失效短路程度由滲透坑內(nèi)的鋁和硅的比例決定，所述滲透坑的滲透程度電導(dǎo)率換算公式為：

Q＝αQ_Al+(1-α)Q_Si

其中Q表示滲透坑內(nèi)的電導(dǎo)率，α表示鋁的滲透量，Q_Al表示鋁的電導(dǎo)率，Q_Si表示硅的電導(dǎo)率；

根據(jù)不同的鋁滲透情況，根據(jù)滲透坑內(nèi)的電導(dǎo)率與硅電導(dǎo)率的比值定義仿真失效短路過程：