[發明專利]一種壓接型IGBT器件微動磨損失效演化的數值模擬方法

有效

• 申請號: 202011478877.3
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112597678B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 李輝;姚然;王曉;劉人寬;賴偉;余越;于仁澤;何蓓
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種壓接型IGBT器件微動磨損失效演化的數值模擬方法，屬于半導體器件領域。該建模方法包括壓接型IGBT器件微動磨損失效模擬，建立含接觸層微動磨損的壓接型IGBT器件等效模型，通過設置接觸面磨損損耗，進而模擬壓接型IGBT器件微動磨損失效過程；壓接型IGBT器件有限元建模，建立壓接型IGBT器件結構模型，其中IGBT芯片包含鋁鍍層，設置微動磨損深度超過IGBT芯片表面鋁鍍層厚度，引起柵氧層失效作為仿真失效斷點。本發明通過設置接觸面磨損損耗，模擬了壓接型IGBT器件在微動磨損失效動態過程中特征參數的變化。

技術領域

本發明屬于半導體器件領域，涉及一種壓接型IGBT器件微動磨損失效演化的數值模擬方法。

背景技術

現有壓接型IGBT器件失效分析主要采用失效數據統計方法往往受限于測試樣本數量，且失效機理大都僅在單一應力下開展研究，難以分析壓接型IGBT器件微動磨損失效老化過程中性能參數變化，而壓接型IGBT器件的微動磨損老化過程對器件的優化設計和系統可靠性運行至關重要。目前，壓接型IGBT器件微動磨損失效分析主要基于器件功率循環實驗結果，在壓接型IGBT器件多物理場模擬方面，主要分析器件在應用工況下的應力分布，通過經典壽命公式對器件薄弱部位的疲勞失效進行了分析，但難以模擬壓接型IGBT器件微動磨損老化過程和特征參數變化。因此，考慮壓接型IGBT器件內接觸面磨損損耗，利用有限元法模擬壓接型IGBT器件微動磨損失效過程，對柔性直流換流閥用壓接型IGBT器件的可靠運行和狀態監測具有重要意義。

現有壓接型IGBT器件微動磨損失效分析側重失效實驗結果、失效物理機理。但是在壓接型IGBT器件微動磨損失效過程中，器件內接觸面表面受循環壓力與位移的影響存在磨損疲勞，導致接觸面相對粗糙度、相對斜率發生變化，進而影響壓接型IGBT器件性能加速微動磨損失效老化過程，是壓接型IGBT器件在微動磨損老化過程中特征參數發生變化。本發明基于該背景下，針對壓接型IGBT器件微動磨損老化過程中接觸面磨損的現象，提出一種壓接型IGBT器件微動磨損失效演化的數值模擬計算方法。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種壓接型IGBT器件微動磨損失效演化的數值模擬方法。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種壓接型IGBT器件微動磨損失效演化的數值模擬方法，該方法包括如下步驟：

S1：建立壓接型IGBT器件有限元模型；

S2：設置壓接型IGBT器件接觸層參數；

S3：建立壓接型IGBT器件接觸層磨損損耗模型；

S4：將壓接型IGBT器件多物理場與微動磨損進行耦合；

S5：計算不同循環次數下器件內接觸面粗糙度、斜率變化，設置壓接型IGBT器件處于不同微動磨損程度；

S6：建立壓接型IGBT器件微動磨損失效等效模型。

可選的，所述壓接型IGBT器件內部包括集電極銅板、發射極/集電極鉬層、IGBT芯片、銀墊片、柵極彈針、PEEK外殼、PCB驅動板和底層凸臺，通過外部施加壓力把內部各層材料連接在一起；

所述電極銅板、發射極/集電極鉬層、IGBT芯片、銀墊片和底層凸臺表面都存在一定粗糙度、斜率；

所述電極銅板、發射極/集電極鉬層、IGBT芯片、銀墊片和柵極彈針都安置在PEEK外殼內，通過外部壓力安裝在底層凸臺上；

所述IGBT芯片包含有源區、集電極區和柵驅動區的表面均鍍有鋁金屬層；

所述PCB驅動板處于PEEK下層，安裝在底層凸臺底部，外置端頭連接驅動器。