IGBT模塊鍵合線失效研究

周文棟，王學梅，張　波，賴　偉

（1.華南理工大學電力學院，廣州510640；2.重慶大學電氣工程學院，重慶400044）

DOI：10.13234/j.issn.2095-2805．2016．1．1中圖分類號：TM 464文獻標志碼：A

IGBT模塊鍵合線失效研究

周文棟1，王學梅1，張波1，賴偉2

（1.華南理工大學電力學院，廣州510640；2.重慶大學電氣工程學院，重慶400044）

新能源技術的發展對功率變流裝置的性能提出了更高的要求，IGBT模塊作為變流器的核心器件，其可靠性受到了越來越廣泛的重視。現有研究表明，惡劣的工作環境加速了器件的老化和失效，因此，深入研究IGBT模塊的老化和失效機理是功率器件應用中需亟待解決的問題。以IGBT模塊的鍵合線為研究對象，在建立IGBT模塊電-熱-力多場耦合模型的基礎上，對正常工作和部分鍵合線脫落時的溫度和剪切應力進行了綜合分析，指出剪切力是鍵合線疲勞和失效的直接原因。最后，對比傳統鋁鍵合線模型，采用銅作為鍵合線材料，可以進一步提高模塊的可靠性。本研究為進一步分析鍵合線疲勞，研究IGBT模塊的失效形式和壽命提供了參考。

IGBT模塊；鍵合線；失效機理；多物理場仿真

Project Supported by the Key Project of National Natural Science Foundation of China（51577074；51107044）

引言

近年來，隨著新能源發電、軌道交通、智能電網、電動汽車等新興產業的蓬勃發展，IGBT功率模塊也得到了前所未有的廣泛應用。IGBT模塊是電力電子變流器的關鍵器件，一般由多個IGBT芯片集成［1］。有文獻統計，約38%的交流調速系統故障源于功率器件的失效，而影響變流器功率器件失效的主要原因有溫度、振動、濕度和灰塵［2］。如在風力發電中，由于所處的地理位置造成風電機組運行環境較為惡劣，且維護困難，國內外風電場統計表明，由電氣系統引起的故障占整個風電場故障的比例最高［3］。……