用于电子辐照加速器的IGBT失效机理研究

发布时间：2021-01-07 06:53

　　绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）在电子辐照加速器中主要用于高压逆变电路。但是由于其工作环境的改变,IGBT在高压大电流条件下工作时,重复性的热电冲击会使器件出现热疲劳现象,导致IGBT失效机率大大增加。而桥式电路结构使得半导体器件在工作过程中,存在同一桥臂两个晶体管同时导通的现象,这会导致电路发生过流短路,造成多个器件发生损伤。本文以IGBT为研究对象,对IGBT失效模块进行合理的失效分析,并根据失效原因对IGBT模块进行稳态-瞬态热仿真以及模拟IGBT实际工作情况,对IGBT的退化进行测试并分析。本文研究内容主要包括:1、分析失效模块并给出失效机理。本文对IGBT失效模块进行分析,根据失效分析流程,对失效模块的现场失效数据进行调研,并对器件的封装以及解剖前后的输出特性进行测试,此外还使用SAM对IGBT模块的焊料层进行扫描,最终对造成IGBT模块失效的原因进行了初步假设,即在电子辐照加速器的高压逆变电路中,IGBT模块的主要失效原因为过热损伤和过流损伤。2、有限元方法进行热电应力稳态仿真。为了了解热电应力对IGBT模块的... 

【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

IGBT的应用领域

北京工业大学工学硕士学位论文, CTE )匹配失调，键合线和焊料层承受较大的热机械应力，易合线失效，进而影响 IGBT 工作过程中的可靠性[6]。可靠性问题在电子工业发展中越发重要，其重要性可从电子产来说明：（1）产品的复杂程度不断增加；（2）工作环境日益严酷断增加[7]。各个元器件的可靠程度决定了电子设备的可靠性，一个焊点发生故障，都将导致系统发生故障；而元器件数量越靠性问题就越明显。其次，电子设备广泛应用，使其工作环境验室到高温地带，从海陆到宇宙，电子设备除受到温度、湿度雾侵蚀、辐射等也都对电子元器件产生巨大的影响，从而导致大。不仅如此，随着集成化程度增加，装置内部温度密度增高器件可靠性随环境温度的增高而降低，因而引起人们的极大重

电路系统发生故障。为此，该公司承担了较多的经济损失，为了解决这该公司希望通过本实验室研究得知 IGBT 的失效原因，并给出提高 IG作可靠性的意见。子辐照加速器主要可用于半导体改性；食品的杀菌、杀虫、保鲜；工业；轮胎辐射硫化；热缩材料改性；线缆改性等。目前，电子辐照加速器围 0.5MeV~10MeV、束流 100mA~2mA、束功率 50kW~20kW。电子辐照加速器中，高压逆变电路主要用作电源，提供上万伏的高压， 是高压逆变电路中必不可少的关键部件，如图 1-3。但是在电子辐照加速环境温度较高时，IGBT 模块失效率会大幅度增加。本课题通过对 IG机理、失效位置、失效条件以及典型的失效现象进行综合分析，有助于BT 失效的真正原因，通过调整驱动电路或者增加保护电路等措施，及时BT 的运行环境，从而提高 IGBT 模块在该系统中工作寿命，节约经济成本耗[9]。


本文编号：2962116