[發(fā)明專利]一種基于多疲勞模式耦合的功率半導(dǎo)體器件壽命預(yù)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111246775.3
• 申請(qǐng)日: 2021-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN113987783A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃永樂;羅毅飛;肖飛;劉賓禮;唐欣;熊又星;楊之慧;胡泊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F119/04
• 代理公司: 武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝;張繼巍

1.一種基于多疲勞模式耦合的功率半導(dǎo)體器件壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于：包括如下步驟：

1)結(jié)合材料疲勞理論和功率半導(dǎo)體器件工作原理，針對(duì)功率半導(dǎo)體器件不同疲勞模式建立壽命預(yù)測(cè)模型；

2)根據(jù)功率半導(dǎo)體器件型號(hào)，搭建加速壽命試驗(yàn)平臺(tái)，在不同工況下分別針對(duì)功率半導(dǎo)體器件不同疲勞模式開展加速壽命考核，獲得功率半導(dǎo)體器件不同疲勞失效模式下的疲勞壽命模型參數(shù)數(shù)據(jù)并帶入步驟1)中的壽命預(yù)測(cè)模型中；

同時(shí)，建立功率半導(dǎo)體器件電熱耦合模型獲取電熱循環(huán)工況參數(shù)；

3)將步驟2)獲取的電熱循環(huán)工況參數(shù)，代入步驟2)中壽命預(yù)測(cè)模型中，計(jì)算不同疲勞失效模式對(duì)應(yīng)的疲勞壽命；根據(jù)疲勞壽命對(duì)電熱耦合模型結(jié)殼熱阻和導(dǎo)通電阻進(jìn)行退化修正。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于多疲勞模式耦合的功率半導(dǎo)體器件壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述步驟1)中，壽命預(yù)測(cè)模型包括焊料疲勞壽命模型和鍵絲疲勞壽命模型；

焊料疲勞壽命模型：

N_{f_solder}＝A_{f_solder}·(ΔT_j)^(α_{f_solder})·exp(-(E_{f_solder})/T_jm)·(t_on)^(β_{f_solder}) (5)

N_{i_solder}＝A_{i_solder}·(ΔT_j)^(α_{i_solder})·exp(-(E_{i_solder})/T_jm)·(t_on)^(β_{i_solder}) (5a)

N_{p_solder}＝N_{f_solder}-N_{i_solder} (5b)

式中，N_{i_solder}、N_{p_solder}和N_{f_solder}分別為焊料疲勞萌生壽命、焊料疲勞擴(kuò)展壽命和焊料總疲勞壽命，ΔT_j、T_jm和t_on分別為結(jié)溫波動(dòng)幅值、平均結(jié)溫和加載時(shí)間，A_{f_solder}、α_{f_solder}、E_{f_solder}和β_{f_solder}均為焊料總疲勞壽命模型參數(shù)，A_{i_solder}、α_{i_solder}、E_{i_solder}和β_{i_solder}均為焊料疲勞萌生壽命模型參數(shù)；

鍵絲疲勞壽命模型：

N_{f_wire}＝A_{f_wire·}{a·I_c²/[1+d·exp(-t_on)]+b·ΔT_j}^(α_{f_wire}) (6)

N_{i_wire}＝A_{i_wire·}{a·I_c²/[1+d·exp(-t_on)]+b·ΔT_j}^(α_{i_wire}) (6a)

N_{p_wire}＝N_{f_wire}-N_{i_wire} (6b)

式中，N_{f_wire}、N_{i_wire}和N_{p_wire}分別為鍵絲總疲勞壽命、鍵絲疲勞萌生壽命和疲勞擴(kuò)展壽命，I_c²/[1+d·exp(-t_on)]為鍵絲電阻熱，d為鍵絲電阻熱的時(shí)間相關(guān)系數(shù)，a為鍵絲電阻熱權(quán)重系數(shù)、b為結(jié)溫權(quán)重系數(shù)，A_{f_wire}和α_{f_wire}均為鍵絲疲勞總壽命模型參數(shù)，A_{i_wire}和α_{i_wire}均為鍵絲疲勞萌生壽命模型參數(shù)，I_C為導(dǎo)通電流，ΔT_j和t_on分別為IGBT結(jié)溫波動(dòng)幅值和加載時(shí)間。