[发明专利]IGBT功率模块寿命预测方法及装置

说明书

本发明提供一种IGBT功率模块寿命预测方法及装置。IGBT功率模块寿命预测方法中，根据Tj(max)、Tj(min)、△Rsubgt;ths/subgt;计算待测IGBT功率模块的寿命Nf。其中，Tj(max)、Tj(min)分别对应为一个功率循环周期内待测IGBT模块中IGBT芯片结温最大值、IGBT芯片结温最小值；热阻偏差△Rsubgt;ths/subgt;=(Rsubgt;ths,v/subgt;‑Rsubgt;ths/subgt;)/Rsubgt;ths/subgt;；Rsubgt;ths,v/subgt;为所述待测IGBT功率模块的芯片焊料层的热阻，Rsubgt;ths/subgt;为理想IGBT功率模块的芯片焊料层的热阻，理想IGBT功率模块的芯片焊料层为无初始空洞的芯片焊料层。

技术领域

本发明涉及一种针对IGBT焊料层的寿命预测方法，尤其涉及一种计及大面积焊料层中初始空洞占比及分布的IGBT功率模块寿命预测方法及装置，属于功率半导体器件焊接可靠性评估技术领域。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管（IGBT）广泛应用于新能源发电、电动汽车、航空航天等重要领域。然而，其封装可靠性问题日渐突出。IGBT模块通常具有7层结构，在承受周期性结温波动时，由于各层材料的热膨胀系数不同，各层结构会承受剪切应力，导致芯片焊料层中初始空洞和裂纹的扩展，最终引起模块失效。为了减少电力变换系统的非停机维护时间，对IGBT模块的寿命进行精确预测是至关重要的。IGBT模块的寿命即IGBT功率模块从开始工作到失效所经过的功率循环周期数。

功率模块的寿命预测在电力电子系统设计中备受关注。在过去已经投入大量工作提出许多寿命预测方法，其主要分为两种：基于解析寿命预测方法和基于物理寿命预测方法。基于物理的寿命预测方法需要考虑老化过程中应力、应变或能量等物理量的变化。由于芯片焊料层老化过程复杂，很难建立这些物理量随芯片焊料层老化的变化规律，因此应用较少。基于解析的寿命预测方法通过对实验数据分析，建立结温波动、平均结温等工况参数与寿命之间的关系，其参数相对获取容易，应用过程简单，得到广泛应用。

当工况相同时，现有的基于解析的寿命预测方法对不同的IGBT功率模块预测得到的寿命相同。然而，申请人研究发现，对于不同的IGBT功率模块，即使在相同工况下，模块的寿命也并不相同，这是由于焊料层中初始空洞在整个芯片焊料层中的占比的不同引起的。

芯片焊料层的初始空洞是指IGBT功率模块在制造完成之后、使用之前，在芯片焊料层已存在的空洞。空洞大多形成于真空回流焊过程中，由于工艺的限制，空洞很难被完全消除。在过去，由于检测技术受限，初始空洞常常被忽略。然而，空洞对芯片焊料层的可靠性有重要影响。

发明内容

本发明要解决的问题是针对现有基于解析的IGBT功率模块寿命预测方法未考虑芯片焊料层初始空洞导致IGBT功率模块寿命预测存在偏差的问题，提供一种IGBT功率模块寿命预测方法及装置。