[发明专利]基于复合失效模式耦合的IGBT寿命预测方法及系统

权利要求书

1.一种基于复合失效模式耦合的IGBT寿命预测方法，其特征在于，包括：

S1：由焊料层的失效概率分布及键合引线的失效概率分布，计算键合引线与焊料层的联立失效概率模型；

S2：计算联立失效概率模型的期望并记作耦合作用下的寿命；

S3：由焊料层的失效概率分布及键合引线的失效概率分布，计算焊料层与键合引线寿命的差值百分比，以焊料层与键合引线寿命的差值百分比为输入，以耦合前与耦合后的寿命变化率为输出，建立耦合函数关系式；

S4：预测焊料层与键合引线各自的寿命；

S5：建立不考虑耦合作用的IGBT寿命预测模型；

S6：建立考虑耦合作用的IGBT寿命预测模型，由考虑耦合作用的IGBT寿命预测模型进行寿命预测；

步骤S1包括：

S1.1：由表征焊料层的失效概率分布，由表征键合引线的失效概率分布，其中，N为IGBT循环次数，f₁(N)为焊料层的失效密度函数，f₂(N)为键合引线的失效密度函数，m₁为焊料层的失效密度函数的形状参数，m₂为键合引线的失效密度函数的形状参数，η₁为焊料层的失效密度函数的尺寸参数，η₂为键合引线的失效密度函数的尺寸参数；

S1.2：联立焊料层的失效概率分布和键合引线的失效概率分布，得到联立的IGBT模块的失效概率模型f_IGBT(N)：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2包括：

由计算整个IGBT模块的寿命期望N_f-IGBT。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S3包括：

S3.1：改变焊料层的失效概率分布的形状参数和尺寸参数，得到焊料层的寿命，改变键合引线的失效概率分布的形状参数和尺寸参数，得到键合引线的寿命，由计算焊料层与键合引线寿命的差值百分比，其中，N₁'为焊料层的寿命，N₂'为键合引线的寿命；

S3.2：由计算耦合前与耦合后的寿命变化率ΔN_f-IGBT，其中，N_f-IGBT为使用联立失效概率模型计算得到的IGBT寿命；

S3.3：以焊料层与键合引线寿命的差值百分比为输入，以耦合前与耦合后的寿命变化率为输出，通过拟合建立ΔN_f-IGBT与ΔN之间的耦合函数关系式。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S4包括：

S4.1：使IGBT模块在不同的结温波动ΔT_j与平均结温T_jm条件下进行功率循环老化实验，直至IGBT模块失效；

S4.2：筛选因焊料层而失效的IGBT模块，根据温度条件与循环次数，由建立焊料层的寿命预测模型，由焊料层的寿命预测模型预测得到焊料层的寿命N₁，其中A与α为待拟合常数，E_a为激活能，k_B为玻尔兹曼常数；

S4.3：筛选因键合引线而失效的IGBT模块，根据温度条件与循环次数，由建立键合引线的寿命预测模型，由键合引线的寿命预测模型得到键合引线的寿命N₂。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S5包括：

在不同的温度条件下，取较快失效部位的寿命作为整个IGBT模块的寿命，建立不考虑耦合作用的寿命预测模型：N_IGBT＝min{N₁,N₂}。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S6包括：

在不同的温度条件下，取较快失效部位的寿命作为整个IGBT模块的寿命，并基于耦合函数关系式建立考虑耦合作用的寿命预测模型：N_IGBT＝(1-ΔN_f-IGBT)min{N₁,N₂}。