基于焊层裂纹扩展的IGBT性能退化建模与分析

作     者：康锐 陈玉冰 文美林 张清源 祖天培 

作者机构：杭州市北京航空航天大学国际创新研究院 北京航空航天大学可靠性与系统工程学院 

出 版 物：《系统工程与电子技术》 (Systems Engineering and Electronics)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金(62073009)资助课题 

主　　题：IGBT 退化建模 退化分析 焊层疲劳 

摘      要：在疲劳载荷作用下，绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）会发生结构损伤与性能退化，影响电力电子系统可靠性。为此，本文基于传热学理论推导了焊层疲劳裂纹长度与热阻的关系，并以Darveaux模型表征IGBT焊层裂纹演化规律，提出了一种新的IGBT性能退化模型及其待定系数的估计方法。其次，考虑实际工况的非平稳特征，利用响应面法建立了IGBT变幅疲劳载荷模型，并基于雨流计数法与线性累积损伤准则实现了IGBT性能退化量的评估。最后，以一型IGBT产品为例，实施了功率循环试验，基于试验数据开展了性能退化建模与分析，验证了模型与算法的有效性。