２ ＩＧＢＴ 模 块 的 功 率 循 环 评 估
２．１ 功 率 循 环 试 验 简 介 在 模 拟 现 场 工 作 条 件 下 ，对 ＩＧＢＴ模 块 进 行 可
靠 性 评 估 显 然 不 切 实 际 ．因 为 这 些 试 验 需 持 续 好 几 年 ，甚 至 十 几 年 。因 此 ，需通 过 一 些 快 速 试 验 来
ｗｈｉｃｈ ｍｅａｎｓ ｔｈａｔ ｉｔ ｃａｎ ｓｈｏ￣ｅｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｔｉｍｅ ｇｒｅａｔｌｙ ｂｙ ｔ ｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ｃｙｃｌｉｎｇ ｔｅｓｔ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈｅｒ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｔｅｍ—
ｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｗｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｅｆ ｉ ｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ＩＧＢＴ ｐｏｗｅｒ ｍｏｄｕｌｅｓ．
第 ５２卷 第 ８期 ２０１８年 ８ 月
电力 电子 技 术
Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｖｏ１．５２，Ｎｏ．８ Ａｕｇｕｓｔ ２０１８
Hale Waihona Puke ＩＧＢＴ功率模块加速功率循环试验 的研究
蒋 多晖 ，张 斌 ，郭 清
（１．安 徽 电 气 工 程 职 业 技 术 学 院 ，安 徽 合 肥 ２３００５１；２．浙 江 大 学 ，电 气 工 程 学 院 ，浙 江 杭 州 ３１００２７）
（１．Ａ ｎｈｕｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｃｏｌｌｅｇｅ，ｎｅｆｅｉ ２３００５１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ｃｙｃｌｉｎｇ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＩＧＢＴ） ｐｏｗｅｒ ｍｏｄｕｌｅｓ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ｃｙｃｌｉｎｇ ｔｅｓｔｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｒｕｎ ３ ｔｉｍｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｗｉｎｇ ６０ Ｋ，８０ Ｋ
摘 要 ：在此 设 计 了绝 缘栅 双 极型 晶 体管 （ＩＧＢＴ）模 块 加速 功 率 循环 试 验 电路 ，通 过 结温 差 ６０ Ｋ，８０ Ｋ和 １００ Ｋ
的 ３次加速 功率 循环 试验 ，发 现铝键 合 线的翘 起 、脱 离 或熔 断是 加速 功率 循环 试验 中 ＩＧＢＴ模块 失效 的主 要形
定 稿 日期 ：２０１８—０７—０４ 作 者 简 介 ：蒋 多 晖 （１９７２一），男 ，安 徽 合 肥 人 ，硕 士 ，讲 师 ， 研 究 方 向 为 电 网 运 行 及 电 力 电子 技 术 在 电 网 中的 应 用 。
对 ＩＧＢＴ可 靠 性进 行 评 估 。 其 中 ，功 率循 环 试 验 是 功 率 模块 可 靠 性评 估 中 最常 用到 的试验 之 一
功 率 循 环 电路 中 ，通 过 控 制大 电流 注 入使 被 测 ＩＧＢＴ器 件 结 温 在 最 大 值 与 最小 值 间循 环 波 动 ，电路 可 用直 流 或 交 流 电路 ．但 直 流 电路 拓 扑 更 简单 ，相 关 参数 更 易 监控 ［２Ｊ。直 流 功 率循 环 电路 中注 入 电流 与 ＩＧＢＴ结 温 对 应 关 系 见 图 １。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ｐｏｗｅｒ ｍｏｄｕｌｅｓ；ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｃｙｃｌｅｓ ｔｏ ｆａｉｌｕｒｅ
１ 引 言
ＩＧＢＴ芯 片 在 导 通 大 电流 状 态 及 开 关 瞬态 过 程 中会 产生 功耗 。形 成 的热 量绝 大 部分 要 通过 热 传 导 从 芯片 向下 传 递 到 基 板 。最 后 由基 板 下 的散 热 器 带 走 。随着 ＩＧＢＴ模 块 功 率 密度 增 加及 一 些新 应 用 领 域 要 求 模 块 在 比较 恶 劣 的 环 境 中 工 作 ． 这 对 ＩＧＢＴ模 块 的 可 靠 性 提 出 了更 高 要 求 。ＩＧＢＴ模 块 可 靠 性 往 往 会 影 响 整 个 电力 电子 系 统 的 可 靠 性 ， 对 电力 电 子 系 统 寿 命 的要 求 往 往 就 是 对 ＩＧＢＴ模 块 使 用 寿 命 的 要求 ．而 现 在 对 一 般 ＩＧＢＴ模 块 的 使 用 寿 命 要 求 至少 都 在 １０年 以上 ．甚 至 要 求 模 块 的 寿 命 达 到 ３０年 Ⅲ。 因 此 对 ＩＧＢＴ模 块 进 行 可 靠 性 验 证 ，并 预 测 其 寿 命 很 有 必 要 。
式 。加 速功 率循环 试验 的失 效周 期数 能较 好符 合经 典 的寿命 预 测模 型 ，这 说 明通过 提 高结 温差 来进 行加 速功
率循 环 试验 可大大 缩短 试验 时间 ，从 而提 高 ＩＧＢＴ模 块可 靠性 的验证 效率 。
关键 词 ：绝缘栅 双极 型 晶体管 ：功率 模块 ；结 温 ：失效周 期数
ａｎｄ １００ Ｋ ．Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍ ａｉｎ ｆａｉｌｕｒｅ ｍ ｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ＩＧＢＴ ｍｏｄｕｌｅｓ ａｒｅ ｔｈｅ ｌｉｆ ｔ—ｏｆ ａｎｄ ｍｅｌｔｄｏｗｎ ｏｆ ｂｏｎｄｅｄ． ｗｉｒｅｓ．Ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｃｙｃｌｅｓ ｔｏ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｃｙｃｌｉｎｇ ｔｅｓｔｓ ｇｅｔｓ ｃｌｏｓｅ ｔｏ ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｃ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，
中 图分 类 号 ：ＴＮ３２
文 献标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１０００一ｌＯＯＸ（２０１８）０８一Ｏ０６２—０４
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｃｙｃｌｉｎｇ Ｔｅｓｔ ｏｆ ＩＧＢＴ Ｐｏｗｅｒ Ｍ ｏｄｕｌｅｓ
ＪＩＡＮＧ Ｄｕｏ—ｈｕｉ ，ＺＨＡＮＧ Ｂｉｎ０，ＧＵＯ Ｑｉｎｇ