[发明专利]基于集射极饱和压降与焊料层空洞率的IGBT健康状态监测方法

权利要求书

1.一种基于集射极饱和压降与焊料层空洞率的IGBT健康状态监测方法，其特征在于包括下列步骤：

A.安装调试完毕后，投入使用之前，在一定条件下测试经检测合格的IGBT器件的集射极饱和压降与焊料层空洞率，分别标记为初始值V_ST和P_ST；

B.IGBT器件投入使用后，定期测试IGBT器件的集射极饱和压降并记录测量值V_CE(sat)，定期测试IGBT器件的焊料层空洞率并记录测量值P_void；

C.将测量值V_CE(sat)与初始值V_ST、测量值P_void与初始值P_ST进行比较，根据比较结果判断IGBT器件的集射极饱和压降与焊料层空洞率是否达到失效标准；

D.当集射极饱和压降与焊料层空洞率未达到IGBT器件失效标准时，将步骤b中获得的测试值带入集射极饱和压降与焊料层空洞健康状态监测方法仿真模型中，该模型参数通过IGBT使用手册和参数提取方法获取，进而计算出IGBT器件的疲劳老化进程与剩余寿命，实现IGBT健康状态监测；

E.当集电极漏电流达到IGBT器件失效标准时，判定为器件失效并对IGBT器件进行更换，并重复上述步骤；

其中步骤D中IGBT器件的集射极饱和压降V_CE(sat)和IGBT器件的焊料层空洞率P_void仿真模型如下式：

P_void＝a·N_f+b (1)

V_CE(sat)＝n·exp(m·N_f)+c·N_f+d (2)

T_f＝N_f·T (3)

其中，N_f为功率循环次数，T为IGBT设定的功率循环周期，T_f为IGBT已使用的时间，a为与应力水平相关的系数，b为焊料层空洞率初始值，n、m和c为与应力水平相关的系数，d为集射极饱和压降初始值。

2.根据权利要求1所述的基于集射极饱和压降与焊料层空洞率的IGBT健康状态监测方法，其特征在于步骤C中提到的IGBT器件失效标准依据器件失效国际标准IEC 47E/114/CDV和IGBT行业通用失效标准，当V_CE(sat)＝1.05·V_ST或P_void＝1.05·P_ST时，判定为IGBT失效。

3.根据权利要求2所述的基于集射极饱和压降与焊料层空洞率的IGBT健康状态监测方法，其特征在于步骤D通过比较由模型计算出的已使用时间T_f和产品设定的使用寿命，判断产品的疲劳老化进程和剩余寿命。

4.根据权利要求3所述的基于集射极饱和压降与焊料层空洞率的IGBT健康状态监测方法，其特征在于IGBT集射极饱和压降V_CE(sat)由5部分组成，分别为端子压降V_{cu_p}、底板压降V_{cu_m}、键丝压降V_wire、焊点压降V_{die_att}和芯片压降V_chip，步骤B中各部分压降值变化情况通过测量与计算获取，其中优先测取集射极饱和压降、芯片压降、底板压降、端子压降和键丝压降的压降值，进而通过差值计算法，得到焊点压降，进而得到各部分压降值。