IGBT模块热阻测试方法及其退化估测研究

摘要

IGBT自上世纪八十年代诞生以来不断发展，逐步成为新型高频大功率电力半导体器件的代表性器件，它以其独特、不可取代的功能，迅速应用到了国民经济中的各行各业，表现出极强的生命力和发展潜力。当模块的工作结温超过极限安全工作结温时，就会发生不可逆转的失效。热阻，作为反映 IGBT模块散热能力强弱的物理量，在研究模块热失效的过程中有着重要作用，且随着模块的不断退化，结壳热阻会逐渐增大。因此研究IGBT模块的结壳热阻及其退化估测，对提高IGBT模块乃至电力电子设备的性能及可靠性有重要意义。
　　课题研究了 IGBT模块传热方式及传热路径，通过仿真对结壳温度场分布及传热过程进行理论分析。根据定义式理论计算、计算式试验求解和RC网络法提取IGBT模块结壳热阻的方法，对比分析各种热阻获取方法的优缺点，发现这些方法在获取模块热阻方面有各自局限所在。
　　根据 JEDEC STANDARE51-14中瞬态热阻抗的定义式，提出一种可以快速、准确计算 IGBT模块结壳热阻的方法；并设计出根据不同散热系数下模块结温变化曲线的分离点求解模块结壳热阻的计算模型，制定了试验求解具体步骤。对所提出的方法和所设计的计算模型进行仿真和试验研究，并在实验室条件下验证了其可行性。
　　用老化设备对模块进行温度循环退化试验，并间隔1000次温度循环测量结壳热阻，拟合分析表明模块结壳热阻随循环次数呈指数规律增加。为了对模块退化程度进行研究预测，定义热阻退化特征量，建立模块热阻退化评估模型，实现 IGBT模块热阻退化的定量描述；根据退化特征量数值范围，对模块退化程度进行七等级划分，实现基于结壳热阻的模块退化水平评估。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 IGBT模块工程应用背景

1.1.2 IGBT模块热安全问题研究背景与意义

1.1.3 IGBT模块热阻与退化问题研究背景与意义

1.2 国内外研究现状与发展趋势

1.2.1 IGBT热阻测试国内外研究现状

1.2.2 IGBT模块退化失效机理国内外研究现状

1.3 主要工作内容

第二章 IGBT模块结壳热阻快速计算方法的研究

2.1 IGBT模块传热分析

2.1.1 模块传热数学模型研究

2.1.2 模块传热路径的仿真分析

2.1.3 模块温度特性仿真分析

2.1.4 模块热模型退化失效分析

2.2 IGBT模块结壳热阻的定义及计算方法研究

2.2.1 模块结壳热阻的定义

2.2.2 模块结壳热阻的定义法求解

2.2.3 模块结壳热阻的计算式及分析

2.3 IGBT模块瞬态结壳热阻抗与热阻关系研究

2.3.1 模块瞬态热阻抗及其等效模型研究

2.3.2 模块瞬态热阻抗与热阻关系研究

2.4 IGBT模块结壳热阻快速计算方法研究

2.4.1 模块瞬态热阻抗计算式分析

2.4.2 模块快速结壳热阻计算模型建立及其实现方法

2.4.3 模块结壳热阻快速计算方法仿真案例

2.5 本章小结

第三章 IGBT模块结壳热阻快速测试方法的研究

3.1 IGBT模块结壳热阻热敏测试法研究

3.1.1 热敏法测热阻的试验电路搭建

3.1.2 热敏参数的温度特性测定

3.1.3 模块结壳热阻的测试

3.1.4 结壳热阻测试结果分析

3.2 IGBT模块结温直接测量方法研究

3.2.1 结温直接测试方法研究

3.2.2 结温直接测试方法对模块传热影响分析

3.3 IGBT模块结壳热阻在线快速测试的应用研究

3.3.1 结壳热阻的快速测试

3.3.2 测试结果及分析

3.4 本章小结

第四章 IGBT模块结壳热阻退化估测研究

4.1 模块结壳热阻退化测试试验设计及结果分析

4.1.1 模块结壳热阻退化试验设计及试验结果分析

4.1.2 模块结壳热阻退化规律分析

4.2 IGBT模块结壳热阻退化评估方法的研究

4.2.1 模块结壳热阻退化评估模型的研究

4.2.2 模块结壳热阻退化评估方法的研究

4.2.3 模块结壳热阻退化评估案例

4.3 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢