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摘要
压接型绝缘栅双极型晶体管（IGBT）器件是支撑柔性直流装备研制的核心器件，弹性压接型IGBT器件能更好地实现器件中各并联芯片的压力均衡，在电网应用场景中前景广阔。然而，对于高压器件来说，器件内部的绝缘问题是器件研制过程中面临的主要挑战之一，因此，有必要在实际工况下分析器件绝缘结构中的瞬态电场分布，以指导绝缘设计。本文针对弹性压接型IGBT器件内部的复合绝缘结构，采用时域边界电场约束方程法，分别计算了单次关断工况和重复性导通关断工况下弹性压接型IGBT器件子模组封装绝缘结构中的瞬态电场分布，结果表明两种工况下，封装绝缘结构中最大电场强度均出现在芯片/聚酰亚胺（PI）钝化层界面上，且由于介质分界面两侧的绝缘材料介电常数和电导率参数不匹配，分界面上将会积累电荷。界面电荷密度随着时间逐渐增大，且界面电荷会影响电场分布，使得子模组中最大场强的模值和位置随时间发生变化。同时，单次关断工况下，最大电场的模值会更大。此外，本文提出通过改变器件中使用的绝缘材料，提高界面处的材料参数匹配程度，可以实现对子模组内的电场分布的改善，结果表明本文所提方法能显著降低器件内部最大电场强度的模值。本文的研究为弹性压接型IGBT器件的封装绝缘结构设计和优化提供了参考。
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单位电力规划设计总院; 华北电力大学; 新能源电力系统国家重点实验室
