[發(fā)明專利]IGBT功率模塊壽命預測方法及裝置

有效

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• 申請日: 2023-07-13
• 公開（公告）號: CN116579189B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設計）人: 楊鑫;趙詩涵
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/02;G06F119/04
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 王娟;劉冬

本發(fā)明提供一種IGBT功率模塊壽命預測方法及裝置。IGBT功率模塊壽命預測方法中，根據(jù)Tj(max)、Tj(min)、△Rsubgt;ths/subgt;計算待測IGBT功率模塊的壽命Nf。其中，Tj(max)、Tj(min)分別對應為一個功率循環(huán)周期內待測IGBT模塊中IGBT芯片結溫最大值、IGBT芯片結溫最小值；熱阻偏差△Rsubgt;ths/subgt;=(Rsubgt;ths,v/subgt;?Rsubgt;ths/subgt;)/Rsubgt;ths/subgt;；Rsubgt;ths,v/subgt;為所述待測IGBT功率模塊的芯片焊料層的熱阻，Rsubgt;ths/subgt;為理想IGBT功率模塊的芯片焊料層的熱阻，理想IGBT功率模塊的芯片焊料層為無初始空洞的芯片焊料層。

技術領域

本發(fā)明涉及一種針對IGBT焊料層的壽命預測方法，尤其涉及一種計及大面積焊料層中初始空洞占比及分布的IGBT功率模塊壽命預測方法及裝置，屬于功率半導體器件焊接可靠性評估技術領域。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）廣泛應用于新能源發(fā)電、電動汽車、航空航天等重要領域。然而，其封裝可靠性問題日漸突出。IGBT模塊通常具有7層結構，在承受周期性結溫波動時，由于各層材料的熱膨脹系數(shù)不同，各層結構會承受剪切應力，導致芯片焊料層中初始空洞和裂紋的擴展，最終引起模塊失效。為了減少電力變換系統(tǒng)的非停機維護時間，對IGBT模塊的壽命進行精確預測是至關重要的。IGBT模塊的壽命即IGBT功率模塊從開始工作到失效所經(jīng)過的功率循環(huán)周期數(shù)。

功率模塊的壽命預測在電力電子系統(tǒng)設計中備受關注。在過去已經(jīng)投入大量工作提出許多壽命預測方法，其主要分為兩種：基于解析壽命預測方法和基于物理壽命預測方法。基于物理的壽命預測方法需要考慮老化過程中應力、應變或能量等物理量的變化。由于芯片焊料層老化過程復雜，很難建立這些物理量隨芯片焊料層老化的變化規(guī)律，因此應用較少。基于解析的壽命預測方法通過對實驗數(shù)據(jù)分析，建立結溫波動、平均結溫等工況參數(shù)與壽命之間的關系，其參數(shù)相對獲取容易，應用過程簡單，得到廣泛應用。

當工況相同時，現(xiàn)有的基于解析的壽命預測方法對不同的IGBT功率模塊預測得到的壽命相同。然而，申請人研究發(fā)現(xiàn)，對于不同的IGBT功率模塊，即使在相同工況下，模塊的壽命也并不相同，這是由于焊料層中初始空洞在整個芯片焊料層中的占比的不同引起的。

芯片焊料層的初始空洞是指IGBT功率模塊在制造完成之后、使用之前，在芯片焊料層已存在的空洞。空洞大多形成于真空回流焊過程中，由于工藝的限制，空洞很難被完全消除。在過去，由于檢測技術受限，初始空洞常常被忽略。然而，空洞對芯片焊料層的可靠性有重要影響。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的問題是針對現(xiàn)有基于解析的IGBT功率模塊壽命預測方法未考慮芯片焊料層初始空洞導致IGBT功率模塊壽命預測存在偏差的問題，提供一種IGBT功率模塊壽命預測方法及裝置。