计及内部材料疲劳的压接型IGBT器件可靠性建模与分析

作者：李辉; 王晓; 姚然; 龙海洋; 李金元; 李尧圣

来源：中国电力, 2019, 52(09): 30-37.

• 压接型IGBT器件
• 多物理场模型
• 材料疲劳
• 可靠性模型

大功率压接型IGBT器件更适合柔性直流输电装备应用工况,必然对压接型绝缘栅极晶体管(IGBT)器件可靠性评估提出要求。提出计及内部材料疲劳的压接型IGBT器件可靠性建模方法,首先,建立单芯片压接型IGBT器件电–热–机械多物理场仿真模型,通过实验验证IGBT仿真模型的有效性;其次,考虑器件内部各层材料的疲劳寿命,建立单芯片压接型IGBT器件可靠性模型,分析了单芯片器件各层材料薄弱点;最后针对多芯片压接型IGBT器件实际结构,建立多芯片压接型IGBT器件多物理场仿真模型,分析器件应力分布,并对各芯片及多芯片器件故障率进行计算。结果表明,压接型IGBT器件内部的温度、von Mises应力分布不均,最大值分别位于IGBT芯片和发射极钼层接触的轮廓线边缘;多芯片器件内应力分布不均会导致各芯片可靠性有所差异,边角位置处芯片表面应力最大,可靠性最低。

• 单位
  输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室; 重庆大学; 全球能源互联网研究院