IGBT基于故障物理的失效分析及电子器件加速寿命模型的研究

发布时间：2020-07-27 08:54

【摘要】：IGBT器件作为现在最热门的功率电子器件,以其优良的性能和高可靠性被广泛应用于各种军用和民用电子设备中。然而,由于我国目前研发能力有限,很多高精尖装备的IGBT器件只能从国外进口工业级产品,如何确保此类产品的有效性,以及提高国内IGBT产品的可靠性是亟需研究的问题。到目前为止,我国对IGBT的研究尚不够深入,如何准确高效地确定其失效机理和关键失效部位,如何建立准确的失效物理模型,如何对电子产品进行加速寿命试验并建立多应力下电子器件的加速寿命模型。这些都是我国研发高性能、高质量的IGBT过程中面临的关键问题。因此,对IGBT进行可靠性研究是十分有必要的。本文以航天功率电子器件IGBT为研究对象,对其开展了失效机理和关键失效部位的研究,建立了概率失效物理模型,并对双应力下电子器件的加速寿命模型进行了研究,本文的主要研究内容如下:(1)详细介绍功率电子器件IGBT的电气物理结构和机械结构,阐明IGBT的工作原理。首先通过文献调研和对IGBT工作原理的研究,确定温度是引起器件失效的主要原因;然后结合对IGBT动态电气模型进行的测试和对其机械封装结构进行的电-热-力耦合仿真,确定IGBT的关键失效部位。(2)除了外界工况环境,器件的各种内外在因素对器件的疲劳寿命都有不同程度的影响,例如器件键合处焊点的几何形状、材料的疲劳性能及热循环载荷的剖面等。将这些因素融入IGBT的疲劳寿命模型中,可以建立更为准确的疲劳寿命模型。本文在此基础上,基于贝叶斯更新理论对先验分布信息进行了更新,提出了更贴合实际的后验寿命分布,提高了疲劳寿命预测的准确性。(3)现代设备对电子器件的可靠性和寿命要求很高,所以对其进行加速寿命评估是十分必要的。本文首先介绍了目前对电子器件单一因素下加速寿命模型建立的流程。然后考虑到电子器件的贮存状态受到多种环境应力的影响,拟提出电子器件的湿-热加速寿命模型来评估其贮存使用寿命。最后研究求解加速寿命模型参数的方法,得到更加符合实际情况的加速寿命模型。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN407
【图文】：

封装结构

电子科技大学硕士学位论文之间夹了层能起绝缘作用的陶瓷层。与散热器相连的铜基板不仅固定和支撑了衬板，也是整个模块散热的通道。芯片、衬板、母排段子之间能够紧密相连靠的是焊层，焊层将各个部位连接成了个稳定的模块。而整体器件实现电流流通靠的则是通过引线键合技术将各部位连接起来的键合线。母排端子

IGBT基于故障物理的失效分析及电子器件加速寿命模型的研究

IGBT散热图

三维图,三维图,模块,热-力耦合

1[ ( )]1[ ( )]1[ ( )]x x y zY y z xz z x yuTx evTy ewz e y，z—热应变；v，w—位移分量；y，z—热应力；热膨胀系数；—两时刻的温度差；T 电-热-力耦合模型：建立 IGBT 几何模型并划分网格GBT 芯片用于电-热-力耦合分析。利用三维绘图软件 UG 建如图 3-13 所示，模型的具体尺寸信息见表 3-2。铝基板

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