- 关于英飞凌IGBT可靠性的学习总结(节选)，全文10200字
电动汽车驱动系统IGBT可靠性指南(上)
1. IGBT的功率循环(PC)与热循环(TC)
案例1：IGBT连续工作 案例2：IGBT间歇式工作
3.1 热循环应力产生机理及影响(知识星球发布)
热膨胀冷却系数带来的问题
热膨胀冷却系数解决办法
3.2 案例说明(知识星球发布)
4. IGBT疲劳寿命数据分析方法说明：雨流计数法 (知识星球发布)
4.1 为什么要用雨流计数法？
4.2 什么是雨流计数法？"雨流"怎么流?
4.3 案例说明雨流计数的方法
4.4 基于雨流法的IGBT寿命估算
IGBT的功率循环(PC)与热循环(TC)
对于功率半导体，主要面临的两种不同类型的循环能力测试：功率循环(PC)和热循环(TC)，它们分别与不同的温度变化有关。
功率循环（PC）
主要考察：元件在反复功率变化下的耐用性和稳定性。
热循环（TC）
OK，了解了PC和TC，那么在两种不同的负载应力下，存在哪些潜在的失效模式呢？其失效机制是什么？我们又要如何预防、验证和优化呢？下面，我们接着聊。| SysPro注释：以下解读针对不同类型的产品拓扑、电流密度、尺寸和芯片，实际应用中，要结合具体产品类型评估。
功率循环（PC）
-> 提升可靠性的常规技术手段
为了提升功率电子半导体可靠性，我们的研发人员投入了大量的工作来加速进行电力循环测试，分析导致故障的原因，并改进连接和芯片附着技术。一般有以下一些技术手段：
线材成分的优化：用于连接电子元件的导线的材料得到了优化，使其性能更加稳定，有助于提升整个设备的可靠性。
键合工装的优化：键合工装设计得更加合理，提高了连接的准确性和牢固度。
键合参数的改进：在键合过程中使用的参数（如温度、压力、时间等）得到了精细调整，以确保最佳的连接效果。
芯片金属化技术的提升：芯片表面的金属化层（用于与导线连接的金属层）的制作技术得到了改进，使得连接更加可靠，减少了故障发生的可能性。
引入更先进的芯片附着工艺：如扩散焊接和烧结技术，这些新技术使得芯片与基板之间的连接更加牢固，进一步提高了设备的可靠性。
那么，这一应力的大小，主要取决什么呢？有下面几个关键因素：
绝对结温Tvj：指半导体器件在工作时，其内部结点的温度。这个温度越高，器件的电力循环能力可能就越差，因为它会受到热应力的影响。 温度波动∆Tvj：指在一个电力循环中，结温从高到低或从低到高的变化量。温度波动越大，对器件的应力就越大，可能会影响其寿命和性能。 循环周期tcyc：指完成一个完整的电力开和关过程所需的时间。周期越短，意味着器件需要更频繁地应对温度变化，这对它的电力循环能力是一个挑战。 每个循环的导通时间ton：在一个电力循环中，器件处于导通状态（即允许电流通过）的时间。这个时间的长短也会影响器件的电力循环能力，因为导通时会产生热量，增加器件的温度。
2.2 与PC相关的关键技术参数说明
（知识星球中发布）
tcyc代表一个完整的功率循环周期，这个周期由开启时间ton和关闭时间toff组成。
前面我们说了，PC循环式由于电流和电压的变化，其内部会产生热量，导致结温上升和下降。因此，对于单个的电子元器件来说，流过这个元件的电流对功率循环测试有很大的影响，我们用额定电流值Inom表示这一电流大小。Inom指的是在ton期间通过该器件的电流大小。
| SysPro注释：对于封装好的IGBT（包含二极管芯片），其IGBT和Diode的Inom是相同的，此时不用考虑Diode的标称额定电流。关于更多IGBT特性参数的说明我们之前已经解释过，感兴趣的可以再回顾下这篇文章：电动汽车驱动系统IGBT关键参数指南：开关特性、热特性、最大电压、额定电流、脉冲电流、反偏工作区、输出特性、Diode参数说明
2.3 关于PC失效常见的问题
（知识星球中发布）
英飞凌在测试功率模块时所使用的功率循环测试条件主要有以下两点：...。下图展示了开启时间（ton）与功率模块性能或寿命之间的某种关系。据此，我们可以了解:在不同导通时间ton下，模块的功率循环性是如何变化的，从而帮助优化设计和提高产品的可靠性...
2.4 应用实例说明
（知识星球中发布）
案例1：IGBT连续工作的寿命估算
我们还是聚焦于电动汽车驱动系统中的逆变器，假设逆变器是间歇工作的，每次工作开通10s，然后关断50s，形成一个工作循环。
在这个工作过程中，逆变器中的IGBT会因为负载而发热。具体来说，结温会从85°C上升到125°C。这意味着每次工作循环中，IGBT的结温都会经历一个40°C的温差变化，即∆Tvj=40 K。那么，针对这个Case的寿命要如何评估、计算呢？...
案例2：IGBT间歇式工作的寿命估算
还是以驱动系统逆变器为例，但这次逆变器工作是间歇式的，这意味着每次工作负载有所不同。在这个例子中，当IGBT首次开启并工作10s，结温会从85°C上升到125°C。紧接着，IGBT还有三次短暂的开启，每次只工作0.5秒。在这三次短暂的工作期间，IGBT的结温也会上升，但这次是从85°C上升到105°C。在每个负载周期之间，设备处于off状态的时间超过了2s。整个负载序列的循环时间仍然是60秒。那么，针对这个Case的寿命要如何评估、计算呢？...
3.1 热循环应力产生机理及影响(知识星球发布)
热膨胀冷却系数带来的问题
热膨胀冷却系数解决办法
3.2 案例说明(知识星球发布)
4. IGBT疲劳寿命数据分析方法说明：雨流计数法 (知识星球发布)
4.1 为什么要用雨流计数法？
4.2 什么是雨流计数法？"雨流"怎么流?
4.3 案例说明雨流计数的方法
4.4 基于雨流法的IGBT寿命估算
注: 本篇为节选，完整内容会在知识星球发布(点击文末"阅读原文")
一些功率器件相关的疲劳耐久技术资料、培训视频、应用手册已上传至星球中。关文中提到的IGBT技术规格内容，可以结合5月17日更新的培训视频<IGBT功率模块讲解>一同学习，视频链接：电动汽车动力总成工程师的武器库。
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2025年1月3日
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