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中国电机工程学报 2020年第18期40卷 5779-5786页

作者：龙海洋李辉王晓姚然赖伟李金元输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆市沙坪坝区400044 先进输电技术国家重点实验室(全球能源互联网研究院有限公司) 北京市昌平区102209

高压大功率压接型绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistors,IGBT)器件是柔性直流输电系统大容量换流阀的关键部件,其可靠性直接影响电力装备和输电系统的安全稳定运行。压接结构导致IGBT器件组件界面间电热接触性能不佳... 详细信息

高压大功率压接型绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistors,IGBT)器件是柔性直流输电系统大容量换流阀的关键部件,其可靠性直接影响电力装备和输电系统的安全稳定运行。压接结构导致IGBT器件组件界面间电热接触性能不佳,研究人员利用纳米银焊膏开发出烧结封装IGBT以期克服对应问题,但其长期可靠性尚未得到验证。该文以国产3.3k V/50A单芯片银烧结压接封装IGBT器件为研究对象,建立直流加速老化实验平台以考核银烧结封装对国产压接IGBT器件的长期可靠性影响。然后,开展国产压接封装IGBT的功率循环加速老化实验,分析烧结封装IGBT器件的失效结果并与全压力封装IGBT器件实验结果进行对比。最后,分析烧结封装IGBT纳米银焊料熔融的原因并探究IGBT器件失效瞬间导通电压急剧上升的原因,获取银烧结压接封装IGBT器件的性能优势及潜在缺陷。实验结果表明,银烧结封装可以降低压接型IGBT器件的导通电压和通态损耗,减缓IGBT芯片与发射极钼层间的接触磨损,提升器件使用寿命。

关键词：纳米银烧结封装压接型IGBT 功率循环实验长期可靠性

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纳米银烧结压接封装IGBT器件的电-热-力多物理场建模及失效分析

纳米银烧结压接封装IGBT器件的电-热-力多物理场建模及失效分析

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作者：龙海洋重庆大学

学位级别：硕士

压接型IGBT(Press Pack Insulated Gate Bipolar Transistor)器件具有高功率密度、双面散热、失效短路等优点,适合柔性直流换流阀等大容量电力装备的应用工况。烧结封装可以提升压接型IGBT器件的散热能力,同时也会改变器件内部的电热应... 详细信息

压接型IGBT(Press Pack Insulated Gate Bipolar Transistor)器件具有高功率密度、双面散热、失效短路等优点,适合柔性直流换流阀等大容量电力装备的应用工况。烧结封装可以提升压接型IGBT器件的散热能力,同时也会改变器件内部的电热应力分布规律,进而影响IGBT的可靠性,现有建模方法难以准确表征烧结对IGBT器件电热应力和疲劳失效的影响,研究烧结封装IGBT器件的多物理场建模及失效分析对压接型IGBT器件可靠性评估和封装优化具有重要现实意义。论文以国产3.3k V/50A银烧结压接封装IGBT器件为例,开展电-热-力多物理场建模、疲劳失效寿命分析、加速老化实验和失效机理研究。论文主要研究内容包括:1.针对现有建模方法难以准确表征烧结封装对压接型IGBT器件内部电热应力影响的问题,基于器件实际结构尺寸和材料属性,考虑封装特点,利用随机分布函数模拟焊料空洞,建立3.3k V/50A银烧结压接封装IGBT器件的电-热-力多物理场模型,并利用实验平台验证模型的合理性。首先,分析稳态工况和瞬态工况下烧结封装IGBT器件的电热性能。其次,研究外部压力和导通电流变化对烧结IGBT器件内部电热应力的影响。最后,仿真模拟焊料空洞的老化失效过程,分析焊料疲劳对烧结封装IGBT器件电热特性和可靠性的影响。2.为了评估烧结封装对IGBT器件疲劳失效寿命的影响,提出基于修正应力应变疲劳方法来评估IGBT芯片的疲劳寿命。首先,利用IGBT器件的电-热-力多物理场模型进行功率循环仿真,模拟不同结温条件对IGBT器件的疲劳失效影响。其次,提取不同结温条件下IGBT芯片的应变疲劳参数和焊料层的蠕变疲劳参数。最后,计算烧结封装IGBT芯片的应变疲劳失效寿命和烧结焊料层的蠕变疲劳失效寿命,揭示烧结封装对IGBT器件疲劳失效寿命的影响。3.为了对比银烧结封装和全压接封装IGBT器件的长期可靠性差异,建立可靠性测试平台对国产3.3k V/50A单芯片压接型IGBT器件开展功率循环加速老化测试。首先,分析银烧结IGBT器件的老化实验结果。其次,研究烧结封装IGBT器件焊料层熔融的失效机理。最后,对比银烧结和全压接IGBT器件的实验结果差异,获取烧结封装IGBT器件相比全压接IGBT器件的性能优势和潜在缺陷。论文研究成果为高压大功率压接型IGBT器件的可靠性评估和测试奠定理论基础,也为其封装设计优化提供技术支撑。

关键词：压接型IGBT 烧结封装多物理场建模电热性能失效分析

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SiC功率模块封装技术及展望

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汽车工程 2022年第4期44卷 638-647页

作者：蔡蔚杨茂通刘洋李道会哈尔滨理工大学电气与电子工程学院哈尔滨150080 哈尔滨理工大学材料学院哈尔滨150080 上海蔚来汽车有限公司上海201805

SiC MOSFET器件的集成化、高频化和高效化需求,对功率模块封装形式和工艺提出了更高的要求。本文中总结了近年来封装形式的结构优化和技术创新,包括键合式功率模块的金属键合线长度、宽度和并联数量对寄生电感的影响,直接覆铜(DBC)的陶... 详细信息

SiC MOSFET器件的集成化、高频化和高效化需求,对功率模块封装形式和工艺提出了更高的要求。本文中总结了近年来封装形式的结构优化和技术创新,包括键合式功率模块的金属键合线长度、宽度和并联数量对寄生电感的影响,直接覆铜(DBC)的陶瓷基板中陶瓷层的面积和高度对寄生电容的影响,以及采用叠层换流技术优化寄生参数等成果;综述了双面散热结构的缓冲层厚度和形状对散热指标和应力与形变的影响;汇总了功率模块常见失效机理和解决措施,为模块的安全使用提供参考。最后探讨了先进烧结银技术的要求和关键问题,并展望了烧结封装技术和材料的发展方向。

关键词：功率模块模块封装失效机理双面散热烧结封装银烧结技术寄生参数

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