IGBT模块应用中的寿命和可靠性

IGBT模块应用中的寿命和可靠性系统寿命与可靠性关系:可靠性:产品在一定条件下无故障完成规定功能的能力或可能性IGBT模块的失效模式:功率周次Powercycling:功率周次用于评估绑定线和Die焊层的机械寿命Powercyclingcanestimatethebondingwireanddiesolder’slifetime测试方法:加载自加热,周期≤3秒,测试ΔTvjTestmethod:Selfheatingbyload,T_cycle≤3seconds,measureΔTvj失效判据:饱和压降Vcesat增大+5%Failurecriteria:Vcesatincreasemorethan5%温度周次Thermalcycling温度周次用于评估DCB下焊接层的寿命ThermalcyclingcanestimateDCBsolder’slifetime测试方法:通电加热,周期5分钟,测量ΔTcTestmethod:Selfheatingbyload,5min/,measureΔTc失效判据:热阻Rthjc增大+20%Failurecriteria:R_thjcincrease20%失效机理是两种材料不同的膨胀系数(Differentmaterial’sCTE)[ppm/K]不同应用下IGBT模块的寿命LifetimeofIGBTmoduleindifferentapplicationTherearemanyapplicationsandsimilartypesofpowermodules.Mainobjectiveis:howtoselectanactivedeviceinordertoreachdesiredsystemlifetime?Isitpossibletohavepowermodulesuitingtoallapplications?由周期系统工况变化获得温度变化Getthetemperatureprofilebypowerprofileinacycle温度变化导致的失效模式FailuremodeswithΔTTherearetwokeyfactorsintheselectionoftheappropriatepowermodule:1)thermal:Tvjop<Tvjmax2)reliability:wearoutmechanismswhichdeterminemodulelifetimeasresultofmodulereliabilitycurvesandthermalstressesNote:RBSOAandotherelectricalphenomenaarenotcoveredinthepresentation.Factorsandimpacts:1)TjFWDmax≤TvjopT激GBTmax≤TviopNowadaysTvjop=150°C2)DTjFWDDT激GBTrefertoPowerCyclingreliabilitycurvesΔTCreferstoThermalCyclingreliabilitycurvesReliabilitycurvesarealwaysgivenbypowermodulemanufacturer绑定线老化——功率周次曲线Bondwiredegradation–PCcurve功率周次曲线修正因数PCcurvecorrectionfactor基板焊层老化——热循环曲线Solderonbaseplatedegradation–TCcurve功率温度循环(PC)次数评估计算No.ofcycleestimationcalculationwithPowercyclingcurve实例:稳态周期系统的寿命估算Simplemissioncycle--exampleoflifetimeestimationForrelativesimplemissioncyclesthemodulelifetimebasedonthethreepresentedreliabilitycurvesandpowerlossesconvertedintoajunctionandcasetemperatureswingcanbeeasilyestimated.PrimePACK™moduleinuse:FF900R12IP4D实例:稳态周期系统的寿命估算Simplemissioncycle--exampleoflifetimeestimationQuestionfromlastpage:howtoestimatethepowermodulelifetimeunderthemissioncycle,hastoberepeatedagain.Let’scalculatethemodulewearoutasafunctionofmissioncycleandtime.Finallifetimemoduleestimation:wearout/year=0,3%+5.8%+4,38ppm+8,76ppm≌6.1%Asreliabilitycurvesaregivenfor100%lifetimethemodulecanworkintheexampleapplicationfor:100%/6.1%≌16.4yearsNote:ThesecalculationsaremadeforIGBTonly.FWDhastobecalculatedseparately.动态负载周期的寿命估算方法Dynamicloadcycle–lifetimeestimateMatlabcalculateslossesforgivennumberoftheloadcyclesandappliesthemtothethermalnetworksspecificforselectedmoduleinSimulink.AsaresultthejunctiontemperatureprofileforIGBT,Diodeandtheprofileofthesoldertemperatureisobtained.Inthatcase,thesimulationwillbestopped.Overthegraphtheinformationsays,whichelementhashighertemperaturethanallowed.Ifitsbelo.雨流计数法---随机负载谱转化为变幅或恒幅的负载谱•把负载变化周次种类减少•根据有限的试验数据推算整个寿命周期的变化规律,获得典型谱Fromthetemperatureprofileanalysisthelifetime(andwearofthelifetimein%)foreachelementandsolderwillbecalculated.ThegraphswillshowthelifetimewearforeachdeltaT.Thesumofthepercentsiscalculatedandalsosho...

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