基于壳温信息的功率器件可靠性分析

作     者：崔曼 胡震 张腾飞 周岩 贾蓉 刘俊杰 Cui Man;Hu Zhen;Zhang Tengfei;Zhou Yan;Jia Rong;Liu Junjie

作者机构：北京理工大学信息与电子学院北京100081 南京邮电大学自动化学院、人工智能学院南京210042 苏州帝奥电梯有限公司苏州215200 湖北汽车工业学院电气与信息工程学院十堰442002 长春理工大学计算机学院长春130022 

出 版 物：《电工技术学报》 (Transactions of China Electrotechnical Society)

年 卷 期：2023年第38卷第24期

页      面：6760-6767页

核心收录：

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(62073173,62203052,61903126) 江苏省高等学校自然科学研究面上项目(22KJB470007) 南邮电大学引进人才自然科学研究启动基金项目(NY219153) 陕西省自然科学基金项目(2020JQ-814)资助 

主　　题：功率器件 焊料层老化 可靠性 温度梯度 

摘      要：功率器件的焊料层易受到温度波动逐步发生老化脱落,造成热量无法快速消散而在芯片处积聚,引起芯片过热损毁,造成功率器件突发失效,因此,焊料层老化的实时评估是实现功率器件可靠运行的重要保障。该文通过提出基于壳温的焊料层老化评估方法,分析了焊料层老化影响的壳温分布情况,建立了基于壳温的基板二维温度梯度模型对壳温分布变化规律,研究了壳温分布变化与热阻抗的关联情况,以焊料层老化程度作为中间变量,通过离线加速老化平台采集壳温分布和热阻抗的演化信息,建立基板二维温度梯度与热阻抗关系的数据库,在工程应用中,通过布设在器件基板和散热板之间的传感器测量壳温并计算二维温度梯度,通过数据库识别热阻抗值对器件可靠性进行评估。在仿真和实验的老化分析中,表征壳温分布的二维温度与热阻抗的变化趋势相同,当器件失效时,二维温度梯度和热阻抗分别增长了16.1%、20%和20.1%,表明二维温度梯度与热阻抗受焊料层老化影响是一致的,与现有的方法相比,该方法通过壳温便可实现功率器件的可靠性评估。