[發(fā)明專利]多芯片IGBT模塊鍵合線缺陷的監(jiān)測(cè)電路及監(jiān)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010512891.4
• 申請(qǐng)日: 2020-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN111610422B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王凱宏;周雒維;孫鵬菊;孫林;楊舒萌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/26
• 分類號(hào): G01R31/26
• 代理公司: 重慶博凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 黃河

本發(fā)明公開了多芯片IGBT模塊鍵合線缺陷的監(jiān)測(cè)電路及監(jiān)測(cè)方法，該監(jiān)測(cè)電路包括驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器包括隔離電源單元、信號(hào)比較單元、信號(hào)運(yùn)算單元、工作驅(qū)動(dòng)單元和狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元；隔離電源單元用于向其它各單元供電；信號(hào)比較單元用于將多芯片IGBT模塊的門極電壓Vge與基準(zhǔn)預(yù)設(shè)值Vsth進(jìn)行比較；信號(hào)運(yùn)算單元用于向工作驅(qū)動(dòng)單元和狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元輸出不同的控制信號(hào)；工作驅(qū)動(dòng)單元控制多芯片IGBT模塊的開通和關(guān)斷；狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元控制是否向多芯片IGBT模塊內(nèi)注入恒定的門極電流。既能保證多芯片IGBT模塊的正常工作，又能在不拆卸的情況下方便地進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保準(zhǔn)確的評(píng)估多芯片IGBT模塊老化狀態(tài)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及多芯片IGBT模塊鍵合線缺陷的監(jiān)測(cè)電路及監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)

電力電子裝置在新能源發(fā)電、交通牽引、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用，提高電力電子裝置的可靠性能滿足更嚴(yán)格的安全和成本需求。絕緣柵雙極型晶體管(insulatedgate bipolar transistor，IGBT)模塊作為一款通用的功率半導(dǎo)體器件，廣泛應(yīng)用于寬功率等級(jí)的電力電子裝置中。為提高功率模塊的通流能力和降低使用成本，鍵合線封裝的多芯片IGBT模塊被認(rèn)為是提高功率模塊容量的一種有前途的解決方案，多芯片IGBT模塊是由多個(gè)芯片并聯(lián)連接而成，在每個(gè)芯片內(nèi)又由多個(gè)IGBT組成，然而，復(fù)雜惡劣的工況和交變的熱-機(jī)械應(yīng)力使得IGBT模塊也成為電力電子裝置中易老化損壞的器件之一。由功率模塊老化引起的不可預(yù)見的故障會(huì)帶來昂貴的代價(jià)，對(duì)含缺陷的多芯片IGBT模塊的狀態(tài)監(jiān)測(cè)也成為了提高大功率電力電子系統(tǒng)可靠性的一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。

鍵合線疲勞失效是IGBT模塊常見的封裝失效故障之一，現(xiàn)有的對(duì)IGBT模塊鍵合線狀態(tài)檢測(cè)的方法主要有非電氣量監(jiān)測(cè)和電氣量監(jiān)測(cè)。其中非電氣量監(jiān)測(cè)主要有X光檢測(cè)、渦流脈沖成像等技術(shù)，這些技術(shù)更多運(yùn)用于故障后IGBT模塊的失效分析，不適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)IGBT模塊鍵合線缺陷進(jìn)行監(jiān)測(cè)。電氣量監(jiān)測(cè)的方法主要有IGBT飽和壓降、短路電流和門極開關(guān)信號(hào)等方法；IGBT飽和壓降的方法是利用鍵合線脫落后IGBT模塊兩端等效寄生電阻增大，通過注入一定量的電流來監(jiān)測(cè)IGBT模塊鍵合線的健康狀態(tài)，由于IGBT飽和壓降受到芯片結(jié)溫的影響，而多芯片IGBT模塊中各個(gè)芯片的溫度不一致，導(dǎo)致這種在監(jiān)測(cè)中需要保證恒定電流且同時(shí)需要獲取監(jiān)測(cè)過程中模塊結(jié)溫的方法對(duì)IGBT模塊的鍵合線缺陷監(jiān)測(cè)有一定的局限性；短路電流的方法是利用IGBT模塊轉(zhuǎn)移特性中各溫度點(diǎn)有一個(gè)相同的短路電流，該短路電流隨IGBT模塊鍵合線缺陷的增大而減小，且不受溫度的影響，但短路電流無論是對(duì)IGBT模塊還是電力電子設(shè)備的潛在危害性是比較大的；門極開關(guān)信號(hào)可用來監(jiān)測(cè)多芯片IGBT模塊鍵合線的缺陷狀態(tài)，但這些開關(guān)特征量很容易受到噪聲的影響，并且要求采樣設(shè)備具有很高的采樣頻率，不利于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用。

因此，如何提供一種便捷對(duì)多芯片IGBT模塊的鍵合線缺陷狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的電路和方法，使得既能保證IGBT模塊的正常工作，又能在不拆卸的情況下方便地進(jìn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)，確保準(zhǔn)確的評(píng)估多芯片IGBT模塊的老化狀態(tài)，提高模塊和系統(tǒng)的可靠性成為了急需解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：如何提供一種既能保證多芯片IGBT模塊的正常工作，又能在不拆卸的情況下方便地進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保準(zhǔn)確的評(píng)估多芯片IGBT模塊老化狀態(tài)的多芯片IGBT模塊鍵合線缺陷的監(jiān)測(cè)電路。

另外，本申請(qǐng)還提供一種多芯片IGBT模塊鍵合線缺陷的監(jiān)測(cè)方法，以實(shí)現(xiàn)既能保證多芯片IGBT模塊的正常工作，又能在不拆卸的情況下方便地進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保準(zhǔn)確的評(píng)估多芯片IGBT模塊老化狀態(tài)的目的。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

多芯片IGBT模塊鍵合線缺陷的監(jiān)測(cè)電路，包括驅(qū)動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)器包括隔離電源單元、信號(hào)比較單元、信號(hào)運(yùn)算單元、工作驅(qū)動(dòng)單元和狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元；

所述隔離電源單元用于向所述信號(hào)比較單元、所述信號(hào)運(yùn)算單元、所述工作驅(qū)動(dòng)單元和所述狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元供電；