[发明专利]面向国产军用IGBT模块的可靠性评估方法

说明书

本发明涉及一种面向国产军用绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块的可靠性评估方法。通过获取芯片结温、封装温度、温变幅值和年温度循环次数，匹配与国产军用IGBT对应的芯片温度应力系数、封装温度应力系数、封装温变应力系数，并由此获取模块的失效率，以获得其可靠性评估结果。该方法，由于所用参数均通过对国产军用IGBT生产厂家及用户走访调研，采用国内产品的现场信息和实验信息通过数理统计所得，因而是有针对性的面向国产军用IGBT模块的评估方法，能准确获取国产军用IGBT模块的失效率，完全体现国产军用IGBT模块的可靠性水平。

技术领域

本发明涉及电子器件的可靠性评估领域，尤其涉及一种绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块的可靠性评估方法。

背景技术

众所周知，双极性晶体管(GTR)饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，输入阻抗高，控制电路简单，但导通压降大，载流密度小，二者各有优缺点。但是，新型功率电子器件绝缘栅双极晶体管(IGBT)，由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOS)组成复合全控型电压驱动式功率半导体器件，既具有双极型晶体管的饱和压降低、载流密度大等优点，又具有MOSFET的输入阻抗高、控制电路简单等优点，适用于直流电压为600V及以上的变流系统中，因此广泛应用于地面雷达、飞机、船舶、军事等大功率高频电源系统。

这些大功率高频电源系统对稳定性要求极高，但是作为其组成要件的绝缘栅双极晶体管(IGBT)在长期工作过程中，内部疲劳逐渐积累，结合外部运行环境等因素的影响，当其承受的电应力、热应力、化学应力、辐射应力和机械应力以及其他因素，使其经受的应力条件超过最大额定值时，便会造成绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块失效，直接影响整个系统的稳定性。因此，研究绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块的失效率，并对其稳定性进行评估，对整个系统的前期设计、运行报警、安全稳定，以及寿命预测等都显得尤为重要。

但是，对绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块的失效率的研究相对薄弱。目前，针对绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块的失效率预测，国外建立了绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块的失效率预测模型，如FIDES 2009从温度、热循环和振动三种应力出发，针对电应力、热应力、化学应力、辐射应力和机械应力等各应力建立影响因子的定量表征模型，考量因素较为全面，但相对复杂、实施难度较大；TR 62380则集中表征了温度和热循环对绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块失效率的影响，模型相对简单，工程实用性更强。但是，这些模型都是针对国外绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块而设计的，国内尚未针对绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块建立通用、有效的失效率预测，即可靠性评估模型，通常为直接套用国外预测模型。然而，首先国内外元器件的生产制造在技术上存在差异性，其次即便是采用进口的绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块，也由于国内封装技术及制造、控制过程与国外存在较大差距，而使国产绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块与国外产品相比在产品薄弱环节、失效模式分布以及整体可靠性水平方面都会有较大差异，采用国外预测模型预测国内绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块失效率，即对其可靠性进行评估并不合理，尤其是在对可靠性评估准确性要求极高的国产军用绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块的可靠性评估方面，更是达不到技术要求。

发明内容

基于此，有必要针对国外模型评估国产军用绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块可靠性不能达到技术要求的问题，提供一种面向国产军用IGBT模块的可靠性评估方法和系统。

一种面向国产军用IGBT模块的可靠性评估方法，其特征在于，包括步骤：

分别获取芯片结温和封装温度；

获取温变幅值和年温度循环次数；

根据芯片结温匹配与国产军用IGBT对应的芯片温度应力系数；

根据封装温度匹配与国产军用IGBT对应的封装温度应力系数；

根据温变幅值匹配与国产军用IGBT对应的封装温变应力系数；