[发明专利]一种基于多疲劳模式耦合的功率半导体器件寿命预测方法

权利要求书

1.一种基于多疲劳模式耦合的功率半导体器件寿命预测方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)结合材料疲劳理论和功率半导体器件工作原理，针对功率半导体器件不同疲劳模式建立寿命预测模型；

2)根据功率半导体器件型号，搭建加速寿命试验平台，在不同工况下分别针对功率半导体器件不同疲劳模式开展加速寿命考核，获得功率半导体器件不同疲劳失效模式下的疲劳寿命模型参数数据并带入步骤1)中的寿命预测模型中；

同时，建立功率半导体器件电热耦合模型获取电热循环工况参数；

3)将步骤2)获取的电热循环工况参数，代入步骤2)中寿命预测模型中，计算不同疲劳失效模式对应的疲劳寿命；根据疲劳寿命对电热耦合模型结壳热阻和导通电阻进行退化修正。

2.根据权利要求1所述基于多疲劳模式耦合的功率半导体器件寿命预测方法，其特征在于：所述步骤1)中，寿命预测模型包括焊料疲劳寿命模型和键丝疲劳寿命模型；

焊料疲劳寿命模型：

N_{f_solder}＝A_{f_solder}·(ΔT_j)^(α_{f_solder})·exp(-(E_{f_solder})/T_jm)·(t_on)^(β_{f_solder}) (5)

N_{i_solder}＝A_{i_solder}·(ΔT_j)^(α_{i_solder})·exp(-(E_{i_solder})/T_jm)·(t_on)^(β_{i_solder}) (5a)

N_{p_solder}＝N_{f_solder}-N_{i_solder} (5b)

式中，N_{i_solder}、N_{p_solder}和N_{f_solder}分别为焊料疲劳萌生寿命、焊料疲劳扩展寿命和焊料总疲劳寿命，ΔT_j、T_jm和t_on分别为结温波动幅值、平均结温和加载时间，A_{f_solder}、α_{f_solder}、E_{f_solder}和β_{f_solder}均为焊料总疲劳寿命模型参数，A_{i_solder}、α_{i_solder}、E_{i_solder}和β_{i_solder}均为焊料疲劳萌生寿命模型参数；

键丝疲劳寿命模型：

N_{f_wire}＝A_{f_wire·}{a·I_c²/[1+d·exp(-t_on)]+b·ΔT_j}^(α_{f_wire}) (6)

N_{i_wire}＝A_{i_wire·}{a·I_c²/[1+d·exp(-t_on)]+b·ΔT_j}^(α_{i_wire}) (6a)

N_{p_wire}＝N_{f_wire}-N_{i_wire} (6b)

式中，N_{f_wire}、N_{i_wire}和N_{p_wire}分别为键丝总疲劳寿命、键丝疲劳萌生寿命和疲劳扩展寿命，I_c²/[1+d·exp(-t_on)]为键丝电阻热，d为键丝电阻热的时间相关系数，a为键丝电阻热权重系数、b为结温权重系数，A_{f_wire}和α_{f_wire}均为键丝疲劳总寿命模型参数，A_{i_wire}和α_{i_wire}均为键丝疲劳萌生寿命模型参数，I_C为导通电流，ΔT_j和t_on分别为IGBT结温波动幅值和加载时间。