航天关键功率电子器件IGBT筛选技术研究
发布时间：2021-04-25 15:00
绝缘栅双极型晶体管（IGBT）,因其良好的工作性能,具有高输入阻抗、低导通压降的特点,作为关键的功率电子器件用于我国航天运载火箭中,其质量水平对运载火箭能否顺利完成航天任务具有直接影响。目前,由于国内生产研制水平不足,IGBT尚未在国产化上取得突破,多为国外进口工业级成品,其设计、制造和筛选并未按照航天级器件的使用要求来开展。这些工业级成品用于航天级任务时,由于航天任务下所经历的工况环境及任务载荷与原有的工业级设计标准相比,往往更加复杂及严苛,简单的常规环境应力筛选（ESS）难以将设计和制造中的缺陷有效暴露出来,导致器件的使用可靠性差,影响航天任务的顺利开展。因此,针对航天关键功率电子器件IGBT,有必要研究更高效的筛选技术,尽可能多的筛选出其早期缺陷器件,从而提高其使用可靠性,促进航天事业的顺利发展。本文以航天关键功率电子器件IGBT为研究对象,对其筛选技术进行了研究,主要研究内容如下:（1）针对IGBT失效模式众多且失效机理复杂问题,结合其结构及功能特性,采用FMECA分析方法对IGBT失效模式进行了整理。根据所得风险度对IGBT的失效模式综合影响指数进行了相应排序,初步确定出IG...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 航天电子器件IGBT筛选技术研究现状
1.2.2 航天电子器件IGBT可靠性研究现状
1.3 论文研究内容及结构
1.3.1 论文研究内容
1.3.2 论文整体结构
第二章 IGBT筛选技术理论基础
2.1 IGBT结构及失效基础
2.1.1 IGBT基本结构
2.1.2 IGBT基本失效模式及机理
2.1.3 IGBT失效判据
2.2 高加速应力筛选试验基础
2.2.1 高加速应力试验
2.2.2 高加速应力筛选基本原理
2.3 电子器件可靠性分析基础
2.4 本章小结
第三章 基于FMECA及仿真的IGBT薄弱环节确定
3.1 引言
3.2 IGBT器件的FMECA研究
3.2.1 电子器件FMECA方法
3.2.2 IGBT器件的FMECA分析
3.3 IGBT基于有限元仿真的多物理场耦合分析
3.3.1 IGBT电-热-力耦合分析简介
3.3.2 IGBT电-热耦合模型的建立
3.3.3 IGBT电-热-力耦合分析
3.4 本章小结
第四章 IGBT筛选试验设计及剖面验证
4.1 引言
4.2 IGBT筛选试验方案设计
4.3 IGBT筛选应力选择与筛选机理分析
4.3.1 HASS常用应力类型及筛选机理
4.3.2 IGBT筛选应力确定
4.4 IGBT高加速寿命试验
4.4.1 低温/高温步进试验
4.4.2 快速温变试验
4.4.3 随机振动试验
4.4.4 IGBT高加速寿命试验设计
4.5 IGBT高加速应力筛选剖面设计
4.5.1 HASS剖面设计方法
4.5.2 IGBT初始筛选剖面的建立
4.6 IGBT基于筛选度模型及仿真分析的筛选剖面验证
4.6.1 IGBT筛选剖面的有效性验证
4.6.2 IGBT筛选剖面的安全性验证
4.6.3 案例分析
4.7 本章小结
第五章 IGBT基于加速寿命试验的可靠性分析
5.1 引言
5.2 IGBT加速寿命试验
5.2.1 加速寿命试验原理
5.2.2 IGBT加速寿命试验模型
5.2.3 IGBT加速寿命试验设计
5.3 IGBT寿命统计及其可靠性分析
5.3.1 IGBT基于线性回归的参数估计
5.3.2 IGBT寿命分布模型的显著性检验
5.3.3 IGBT可靠性分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 后续展望
致谢
参考文献
附表Ⅰ IGBT器件FMECA分析
攻读硕士学位期间参加的科研项目与取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]计及裂纹损伤的IGBT模块热疲劳失效分析[J]. 江南,陈民铀,徐盛友,赖伟,高兵. 浙江大学学报(工学版). 2017(04)
[2]基于多物理场耦合的电子器件性能分析[J]. 解欢,曾威,刘冲. 科学技术与工程. 2017(08)
[3]某航空电子设备的HALT方案设计与实施[J]. 李贤灵,李高生. 装备环境工程. 2016(04)
[4]复杂电子装备故障模式及影响分析方法研究[J]. 袁心成,杨智明,俞洋,彭喜元,彭宇,刘旺,张世平. 电子测量技术. 2016(04)
[5]IGBT模块键合线失效研究[J]. 周文栋,王学梅,张波,赖伟. 电源学报. 2016(01)
[6]老化试验条件下的IGBT失效机理分析[J]. 赖伟,陈民铀,冉立,王学梅,徐盛友. 中国电机工程学报. 2015(20)
[7]电子元器件失效分析技术及方法[J]. 戴俊夫,严明. 微处理机. 2015(04)
[8]键合线失效对于IGBT模块性能的影响分析[J]. 王春雷,郑利兵,方化潮,韩立. 电工技术学报. 2014(S1)
[9]IGBT失效机理与特征分析[J]. 马晋,王富珍,王彩琳. 电力电子技术. 2014(03)
[10]焊层空洞对IGBT模块热应力的影响[J]. 吴煜东,常桂钦,彭勇殿,方杰,唐龙谷,李继鲁. 大功率变流技术. 2014(01)
博士论文
[1]计及低强度热载荷疲劳累积效应的IGBT功率器件寿命模型研究[D]. 赖伟.重庆大学 2016
[2]基于加速试验的可靠性验证理论与方法研究[D]. 罗巍.国防科学技术大学 2013
[3]功率器件状态监测的关键问题研究[D]. 杜明星.天津大学 2012
[4]疲劳寿命预测若干方法的研究[D]. 雷冬.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]IGBT模块电—热—力耦合与失效分析[D]. 周文栋.华南理工大学 2016
[2]高压IGBT的失效机理分析[D]. 薛鹏.电子科技大学 2016
[3]IGBT功率模块的失效研究与键合线状态监测[D]. 禹鑫.天津理工大学 2015
[4]基于可靠性分析的航天精密机电组件高加速应力筛选试验设计[D]. 徐萌萌.西安电子科技大学 2014
[5]空间环境下滤波减速器的加速寿命试验研究[D]. 曹宏.电子科技大学 2014
[6]基于FEM的功率IGBT模块功率循环可靠性研究[D]. 张雪垠.上海交通大学 2014
[7]汽车功率模块的可靠性分析以及寿命预测[D]. 刘艳.浙江工业大学 2013
[8]基于FMEA方法的航天电子产品制造风险评价应用研究[D]. 张明涛.中国科学院大学(工程管理与信息技术学院) 2013
[9]基于车桥耦合振动的大跨度铁路钢桁梁桥整体节点疲劳研究[D]. 李鑫.西南交通大学 2013
[10]IGBT功率模块寿命预测技术研究[D]. 鲁光祝.重庆大学 2012
本文编号：3159591
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 航天电子器件IGBT筛选技术研究现状
1.2.2 航天电子器件IGBT可靠性研究现状
1.3 论文研究内容及结构
1.3.1 论文研究内容
1.3.2 论文整体结构
第二章 IGBT筛选技术理论基础
2.1 IGBT结构及失效基础
2.1.1 IGBT基本结构
2.1.2 IGBT基本失效模式及机理
2.1.3 IGBT失效判据
2.2 高加速应力筛选试验基础
2.2.1 高加速应力试验
2.2.2 高加速应力筛选基本原理
2.3 电子器件可靠性分析基础
2.4 本章小结
第三章 基于FMECA及仿真的IGBT薄弱环节确定
3.1 引言
3.2 IGBT器件的FMECA研究
3.2.1 电子器件FMECA方法
3.2.2 IGBT器件的FMECA分析
3.3 IGBT基于有限元仿真的多物理场耦合分析
3.3.1 IGBT电-热-力耦合分析简介
3.3.2 IGBT电-热耦合模型的建立
3.3.3 IGBT电-热-力耦合分析
3.4 本章小结
第四章 IGBT筛选试验设计及剖面验证
4.1 引言
4.2 IGBT筛选试验方案设计
4.3 IGBT筛选应力选择与筛选机理分析
4.3.1 HASS常用应力类型及筛选机理
4.3.2 IGBT筛选应力确定
4.4 IGBT高加速寿命试验
4.4.1 低温/高温步进试验
4.4.2 快速温变试验
4.4.3 随机振动试验
4.4.4 IGBT高加速寿命试验设计
4.5 IGBT高加速应力筛选剖面设计
4.5.1 HASS剖面设计方法
4.5.2 IGBT初始筛选剖面的建立
4.6 IGBT基于筛选度模型及仿真分析的筛选剖面验证
4.6.1 IGBT筛选剖面的有效性验证
4.6.2 IGBT筛选剖面的安全性验证
4.6.3 案例分析
4.7 本章小结
第五章 IGBT基于加速寿命试验的可靠性分析
5.1 引言
5.2 IGBT加速寿命试验
5.2.1 加速寿命试验原理
5.2.2 IGBT加速寿命试验模型
5.2.3 IGBT加速寿命试验设计
5.3 IGBT寿命统计及其可靠性分析
5.3.1 IGBT基于线性回归的参数估计
5.3.2 IGBT寿命分布模型的显著性检验
5.3.3 IGBT可靠性分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 后续展望
致谢
参考文献
附表Ⅰ IGBT器件FMECA分析
攻读硕士学位期间参加的科研项目与取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]计及裂纹损伤的IGBT模块热疲劳失效分析[J]. 江南,陈民铀,徐盛友,赖伟,高兵. 浙江大学学报(工学版). 2017(04)
[2]基于多物理场耦合的电子器件性能分析[J]. 解欢,曾威,刘冲. 科学技术与工程. 2017(08)
[3]某航空电子设备的HALT方案设计与实施[J]. 李贤灵,李高生. 装备环境工程. 2016(04)
[4]复杂电子装备故障模式及影响分析方法研究[J]. 袁心成,杨智明,俞洋,彭喜元,彭宇,刘旺,张世平. 电子测量技术. 2016(04)
[5]IGBT模块键合线失效研究[J]. 周文栋,王学梅,张波,赖伟. 电源学报. 2016(01)
[6]老化试验条件下的IGBT失效机理分析[J]. 赖伟,陈民铀,冉立,王学梅,徐盛友. 中国电机工程学报. 2015(20)
[7]电子元器件失效分析技术及方法[J]. 戴俊夫,严明. 微处理机. 2015(04)
[8]键合线失效对于IGBT模块性能的影响分析[J]. 王春雷,郑利兵,方化潮,韩立. 电工技术学报. 2014(S1)
[9]IGBT失效机理与特征分析[J]. 马晋,王富珍,王彩琳. 电力电子技术. 2014(03)
[10]焊层空洞对IGBT模块热应力的影响[J]. 吴煜东,常桂钦,彭勇殿,方杰,唐龙谷,李继鲁. 大功率变流技术. 2014(01)
博士论文
[1]计及低强度热载荷疲劳累积效应的IGBT功率器件寿命模型研究[D]. 赖伟.重庆大学 2016
[2]基于加速试验的可靠性验证理论与方法研究[D]. 罗巍.国防科学技术大学 2013
[3]功率器件状态监测的关键问题研究[D]. 杜明星.天津大学 2012
[4]疲劳寿命预测若干方法的研究[D]. 雷冬.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]IGBT模块电—热—力耦合与失效分析[D]. 周文栋.华南理工大学 2016
[2]高压IGBT的失效机理分析[D]. 薛鹏.电子科技大学 2016
[3]IGBT功率模块的失效研究与键合线状态监测[D]. 禹鑫.天津理工大学 2015
[4]基于可靠性分析的航天精密机电组件高加速应力筛选试验设计[D]. 徐萌萌.西安电子科技大学 2014
[5]空间环境下滤波减速器的加速寿命试验研究[D]. 曹宏.电子科技大学 2014
[6]基于FEM的功率IGBT模块功率循环可靠性研究[D]. 张雪垠.上海交通大学 2014
[7]汽车功率模块的可靠性分析以及寿命预测[D]. 刘艳.浙江工业大学 2013
[8]基于FMEA方法的航天电子产品制造风险评价应用研究[D]. 张明涛.中国科学院大学(工程管理与信息技术学院) 2013
[9]基于车桥耦合振动的大跨度铁路钢桁梁桥整体节点疲劳研究[D]. 李鑫.西南交通大学 2013
[10]IGBT功率模块寿命预测技术研究[D]. 鲁光祝.重庆大学 2012
本文编号：3159591
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