绝缘栅双极型晶体管传热模型建模分析 被引量：50

1

作者 陈明 胡安 +1 位作者 唐勇 汪波 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期453-459,共7页

绝缘栅双极型晶体管(简称IGBT)等全控型电力电子器件是电能变换装置的核心部件,由于电力电子器件的工作性能与可靠性等都与其工作结温直接相关,而电力电子器件的热阻抗直接影响器件的结温,开展以IGBT热阻网络为对象的传热特性研究对于延... 绝缘栅双极型晶体管(简称IGBT)等全控型电力电子器件是电能变换装置的核心部件,由于电力电子器件的工作性能与可靠性等都与其工作结温直接相关,而电力电子器件的热阻抗直接影响器件的结温,开展以IGBT热阻网络为对象的传热特性研究对于延长IGBT的使用寿命和提高其应用可靠性具有很重要的现实意义。为此,概述了IGBT物理结构、热阻网络及提取动态热阻抗曲线测试原理、传热模型3种建模方法及各方法的优劣。以某型IGBT模块为研究对象,通过理论计算得到其各分层及模块结壳稳态热阻值,建立了Cauer热网络模型,并在数值仿真软件ANSYS热仿真分析环境下利用有限元法(FEM)建立了数值仿真模型,利用搭建的试验平台开展了提取动态热阻抗实验,建立了7阶Foster实验测定模型。数值仿真和实验测定所得到的稳态结壳热阻值与理论计算模型接近,并对偏差进行了分析。建模研究IGBT传热模型对该类电力电子器件热传递模型建模研究及散热设计具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 绝缘栅双极型晶体管 热模型 热阻 动态热阻抗 结温 RC热网络 壳温 数值仿真 有限元法

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IGBT动态热阻抗曲线提取实验研究 被引量：16

2

作者 陈明 汪波 唐勇 《电力电子技术》 CSCD 北大核心 2010年第9期101-103,共3页

全控型电力电子器件绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是电能变换装置的核心部件,其工作性能与可靠性等都与工作结温直接相关,而电力电子器件的热阻抗直接影响器件的结温,因此,研究IGBT热阻网络的传热特性具有很重要的现实意义。这里从理论上详... 全控型电力电子器件绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是电能变换装置的核心部件,其工作性能与可靠性等都与工作结温直接相关,而电力电子器件的热阻抗直接影响器件的结温,因此,研究IGBT热阻网络的传热特性具有很重要的现实意义。这里从理论上详细介绍了热阻定义及其组成,概述了热阻测试方法,并通过实际热阻测试实验提取到了IGBT的动态热阻抗曲线,由动态热阻抗曲线得到了某型IGBT的实验热模型。此处采用的研究方法和实验手段对于开展此类电子器件散热研究具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 电力电子器件 热网络 动态热阻抗 结温

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IGBT模块失效机理及状态监测研究综述 被引量：16

3

作者 王希平 丁祥宽 +2 位作者 姚芳 唐圣学 李志刚 《中国电力》 CSCD 北大核心 2019年第9期61-72,共12页

随着电力电子系统性能要求的不断提高,绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块不仅要拥有高功率密度,还要具有良好的热?机械性能,以提高其可靠性。首先介绍了IGBT模块的主要失效模式,对封装中键合线和焊料层失... 随着电力电子系统性能要求的不断提高,绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块不仅要拥有高功率密度,还要具有良好的热?机械性能,以提高其可靠性。首先介绍了IGBT模块的主要失效模式,对封装中键合线和焊料层失效机理进行了详细阐述,重点介绍了IGBT模块健康状态监测,分别对结温、键合线与焊料层健康状态监测及其量化评估研究进展进行了详细分析。最后,对降低热?机械应力以提高整机可靠性设计和运行工况下在线监测研究的发展前景进行了展望。 展开更多

关键词 IGBT模块 可靠性 失效机理 状态监测 键合电阻 瞬态热阻抗

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基于瞬态热阻的IGBT焊料层失效分析 被引量：15

4

作者 陈一高 陈民铀 +3 位作者 高兵 胡博容 赖伟 徐盛友 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第10期3059-3067,共9页

焊料层失效是绝缘栅双极晶体管（insulated gate bipolartr ansistor，IGBT）器件最主要的失效方式之一，有效的焊料层失效评估方法对提高系统可靠性尤其重要。该文提出了基于瞬态热阻的IGBT焊料层健康状态评估及失效部位判定方法，量... 焊料层失效是绝缘栅双极晶体管（insulated gate bipolartr ansistor，IGBT）器件最主要的失效方式之一，有效的焊料层失效评估方法对提高系统可靠性尤其重要。该文提出了基于瞬态热阻的IGBT焊料层健康状态评估及失效部位判定方法，量化分析芯片焊料层失效、DBC焊料层失效对器件整体失效的贡献。首先，利用三维有限元仿真证明该方法评估功率器件焊料层疲劳老化的可行性；然后，提取IGBT模块的结构函数曲线建立三阶Cauer模型，实现对不同焊料层失效程度的量化评估以及失效点判定；最后，搭建试验平台，分析不同工况和失效状态下瞬态热阻曲线的变化规律，验证所提出的瞬态热阻法评估IGBT焊料层失效的有效性。 展开更多

关键词 IGBT模块 焊料层失效 瞬态热阻 失效定位 失效评估

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焊层空洞对IGBT模块热应力的影响 被引量：14

5

作者 吴煜东 常桂钦 +3 位作者 彭勇殿 方杰 唐龙谷 李继鲁 《大功率变流技术》 2014年第1期17-23,共7页

焊层空洞是造成IGBT模块散热不良和疲劳失效的主要原因之一。考虑芯片场环区的影响,建立了IGBT模块封装结构的三维有限元模型;研究了不同焊层厚度、焊层空洞率和空洞位置对模块最高结温与最大等效应力的影响;探讨了焊层空洞对模块瞬态... 焊层空洞是造成IGBT模块散热不良和疲劳失效的主要原因之一。考虑芯片场环区的影响,建立了IGBT模块封装结构的三维有限元模型;研究了不同焊层厚度、焊层空洞率和空洞位置对模块最高结温与最大等效应力的影响;探讨了焊层空洞对模块瞬态热阻抗的影响。 展开更多

关键词 IGBT模块 焊层厚度 空洞率 热分析 应力分析 瞬态热阻抗

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用于IGBT模块结温预测的热-电耦合模型研究 被引量：12

6

作者 吴岩松 罗皓泽 +2 位作者 李武华 何湘宁 邓焰 《电工电能新技术》 CSCD 北大核心 2014年第3期13-17,65,共6页

随着IGBT模块功率等级及密度的提高,因功率损耗而导致芯片温升加剧进而导致变流系统崩溃的问题愈发突出。对功率器件及散热系统的深入研究有助于功率器件封装设计、器件选型、系统布局以及逆变器的可靠运行。本文通过有限元分析方法对I... 随着IGBT模块功率等级及密度的提高,因功率损耗而导致芯片温升加剧进而导致变流系统崩溃的问题愈发突出。对功率器件及散热系统的深入研究有助于功率器件封装设计、器件选型、系统布局以及逆变器的可靠运行。本文通过有限元分析方法对IGBT模块和散热系统的瞬态热阻抗进行了提取,所得结果与厂商数据手册吻合,而且通过所用方法验证了热阻抗曲线的普适性,最后利用热特性RC等效网络建立热-电耦合模型,可对芯片动态结温进行预测。 展开更多

关键词 瞬态热阻抗 有限元 热-电耦合模型 动态结温预测

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高压直流输电系统故障电流下晶闸管的温升计算 被引量：8

7

作者 彭勇殿 李世平 +1 位作者 黄建伟 刘国友 《变流技术与电力牵引》 2008年第1期20-23,共4页

在分析HVDC晶闸管最大故障电流与结温关系的基础上,建立瞬态热阻抗模型,提出了一种计算晶闸管温升的优化算法,并进行了仿真计算。

关键词 HVDC 晶闸管 结温 瞬态热阻抗

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IGBT功率模块瞬态热阻抗测量方法研究 被引量：8

8

作者 姚芳 王少杰 +1 位作者 陈盛华 李志刚 《电力电子技术》 CSCD 北大核心 2016年第9期103-105,共3页

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的瞬态热阻抗曲线可表征器件的退化状态,对器件损伤、寿命预测等研究有重大的意义。提出了基于光纤测温法测量瞬态热阻抗的方法,可实时获取器件的准确结温,计算得到的瞬态热阻抗曲线能反映器件的退化状态,更接... 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的瞬态热阻抗曲线可表征器件的退化状态,对器件损伤、寿命预测等研究有重大的意义。提出了基于光纤测温法测量瞬态热阻抗的方法,可实时获取器件的准确结温,计算得到的瞬态热阻抗曲线能反映器件的退化状态,更接近器件的实际热阻。分别对用光纤测量法和热敏参数法测得的瞬态热阻抗曲线进行比较,证明了光纤测量方法准确可行。 展开更多

关键词 绝缘栅双极型晶体管 瞬态热阻抗 光纤测温法

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湿度对功率半导体器件芯片焊料热阻的影响机理

9

作者 王延浩 邓二平 +2 位作者 王作艺 李道会 黄永章 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期3691-3704,共14页

近年来,湿度对功率器件热特性的影响成已为热点话题。然而,功率器件芯片焊料热阻受湿度的影响尚未被试验证实,且影响机理仍不明确。该文基于试验测试、算例、仿真模型,首次提出湿度对功率器件芯片焊料热阻的影响机理。结果表明,湿度能... 近年来,湿度对功率器件热特性的影响成已为热点话题。然而,功率器件芯片焊料热阻受湿度的影响尚未被试验证实,且影响机理仍不明确。该文基于试验测试、算例、仿真模型,首次提出湿度对功率器件芯片焊料热阻的影响机理。结果表明,湿度能入侵器件,并在两方面影响器件结-散热器瞬态热阻抗:(1)芯片焊料;(2)器件壳表面接触热阻。进一步地,探究芯片焊料的热容、密度、热导率受湿度影响机理,并结合算例可知,若水汽含量占芯片焊料层内物质总量的0.1%,芯片焊料的热容、密度、热导率将变化为原来的101.9%、100.0135%、91.4%。已校准热特性的仿真模型表明,焊料层热容的增大会导致焊料层热阻下降(整体热阻不变),焊料层热导率的减小会导致整个器件热阻上升,两种情况共同作用,影响实际户外应用工况下功率器件的工作寿命。 展开更多

关键词 湿度 芯片焊料热阻 瞬态热阻抗 寿命 实际户外应用工况

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大功率IGBT模块瞬态热阻的测试方法与装置 被引量：6

10

作者 陆国权 李洁 +2 位作者 梅云辉 李欣 王磊 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CSCD 北大核心 2017年第7期669-675,共7页

为了表征大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的瞬态热响应行为,设计并实现了一种基于电学法的IGBT模块瞬态热阻测试装置.通过改变热阻测试装置的加热脉冲持续时间,使其等于不同材料层的热时间常数,控制热流在IGBT模块封装材料中的有效... 为了表征大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的瞬态热响应行为,设计并实现了一种基于电学法的IGBT模块瞬态热阻测试装置.通过改变热阻测试装置的加热脉冲持续时间,使其等于不同材料层的热时间常数,控制热流在IGBT模块封装材料中的有效传播路径,进而获得各封装材料的瞬态热阻.此外还具体分析了高低电平转换过程中暂态噪声和边界散热条件对测试结果精度的影响规律.结果表明,该装置具有较好的精确性和重复性,这将有助于准确无损分析器件及不同封装材料在瞬态条件下的散热性能,指导IGBT模块封装结构设计和封装材料选择. 展开更多

关键词 电学法 大功率IGBT模块 瞬态热阻 误差分析 K因子

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关于半导体器件热特性表征和控制技术的研究 被引量：5

11

作者 金毓铨 陶有迁 +2 位作者 王因生 韩钧 施传贵 《固体电子学研究与进展》 CAS CSCD 北大核心 2011年第1期53-55,共3页

根据对器件散热特性的分析,提出用特定脉宽的瞬态热阻抗表征器件的稳态散热特性。测量了特定器件热阻与温度的依赖关系,建议在实际工作中注意器件热阻并不为常数的客观事实。提出应力试验前后测量器件热阻可有效控制器件的某些制造缺陷。

关键词 半导体器件 热特性 稳态热阻 瞬态热阻抗

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电动汽车用IGBT全桥模块(6 in 1)的热耦合作用机制 被引量：4

12

作者 赵雨山 邓二平 +4 位作者 陈彦 谢露红 陈杰 张一鸣 黄永章 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第10期3528-3535,共8页

电动汽车用IGBT全桥模块具有高功率密度和结构紧凑的特点,瞬态热阻抗测试是建立IGBT全桥模块的热网络模型的必要手段。单独加热IGBT或FRD的方法测试瞬态热阻抗并未考虑实际工况中IGBT全桥模块的热耦合作用,而热耦合很大程度上会影响基... 电动汽车用IGBT全桥模块具有高功率密度和结构紧凑的特点,瞬态热阻抗测试是建立IGBT全桥模块的热网络模型的必要手段。单独加热IGBT或FRD的方法测试瞬态热阻抗并未考虑实际工况中IGBT全桥模块的热耦合作用,而热耦合很大程度上会影响基于热网络模型的结温评估的精确性。建立电动汽车用IGBT全桥模块的有限元模型,并对芯片与芯片、芯片与桥臂以及相与相的热耦合作用进行热学分析,同时分析热耦合作用对瞬态热阻抗测试结果的影响,与实际工况的热传导特性进行比较。结果表明,实际工况中芯片与同桥臂芯片的热耦合最为强烈,芯片与桥臂、相与相的热耦合作用较弱。最后结合实际工况,提出接近实际工况的热分布。 展开更多

关键词 电动汽车 高功率密度 热耦合 全桥IGBT 瞬态热阻抗

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电动汽车用功率模块功率循环测试装置的研制 被引量：4

13

作者 邓二平 赵雨山 +3 位作者 孟鹤立 陈杰 赵志斌 黄永章 《半导体技术》 CAS 北大核心 2020年第10期809-815,共7页

高功率密度的功率模块是电动汽车的关键部件,其长期可靠性直接关系到电动汽车的可靠性,功率循环实验是检验功率模块可靠性的有效方法之一。针对电动汽车用功率模块对功率循环测试装置的需求以及测试标准AQG324的要求,搭建了15 kW/750 A... 高功率密度的功率模块是电动汽车的关键部件,其长期可靠性直接关系到电动汽车的可靠性,功率循环实验是检验功率模块可靠性的有效方法之一。针对电动汽车用功率模块对功率循环测试装置的需求以及测试标准AQG324的要求,搭建了15 kW/750 A功率循环测试装置,装置具有宽水温调节、高结温适应、精确测量以及多参数控制的特点。选用了3个不同封装工艺技术62 mm焊接式IGBT半桥模块,结合AQG324标准验证了装置的秒级功率循环实验能力以及可靠性,同时进行了功率循环实验和瞬态热阻抗测试,该装置能够满足电动汽车功率模块(IGBT或MOSFET模块)的功率循环测试需要,验证了测试装置的有效性和可靠性。 展开更多

关键词 功率循环 瞬态热阻抗 半桥模块 IGBT MOSFET 可靠性

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IGBT模块结壳热阻快速计算法研究 被引量：3

14

作者 姚芳 胡洋 吴伟涛 《电气传动》 北大核心 2017年第6期66-70,共5页

热阻是评价IGBT可靠性的重要指标。寻找简便高精度的测量方法对IGBT热阻进行测试具有十分重要的意义。根据JESD51—14中的瞬态热阻抗定义式,提出了一种可以快速、准确计算IGBT模块结壳热阻的方法。建立了根据不同散热系数下模块结温变... 热阻是评价IGBT可靠性的重要指标。寻找简便高精度的测量方法对IGBT热阻进行测试具有十分重要的意义。根据JESD51—14中的瞬态热阻抗定义式,提出了一种可以快速、准确计算IGBT模块结壳热阻的方法。建立了根据不同散热系数下模块结温变化曲线的分离点求解模块结壳热阻的计算模型,制定了试验求解具体步骤。对所提出的方法和所设计的计算模型进行仿真研究和试验研究,并在实验室条件下验证了其可行性。 展开更多

关键词 IGBT模块 结壳热阻 快速计算 瞬态热阻抗 模型

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达林顿管瞬态热阻测试方法的研究 被引量：2

15

作者 曲晓文 王振民 《电子产品可靠性与环境试验》 2014年第2期47-50,共4页

达林顿管是一种两级或多级的复合管。功率型的达林顿管的功率级是后极,而后极功率管的δVbe不能直接测量,所以,达林顿管瞬态热阻测量仪器的研发一直是一个的难点。从晶体管的瞬态热阻测量原理出发,研究了达林顿管的热阻测量方法。此方... 达林顿管是一种两级或多级的复合管。功率型的达林顿管的功率级是后极,而后极功率管的δVbe不能直接测量,所以,达林顿管瞬态热阻测量仪器的研发一直是一个的难点。从晶体管的瞬态热阻测量原理出发,研究了达林顿管的热阻测量方法。此方法也可以引申到达林顿管稳态热阻的检测中。 展开更多

关键词 达林顿管热阻 瞬态热阻 检测方法

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瞬态热阻测试在贴片二极管在线测试中的应用 被引量：2

16

作者 保爱林 管国栋 傅剑锋 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2008年第4期366-368,共3页

表面贴装整流二极管的焊接质量直接影响其可靠性。提出了通过测试与瞬态热阻等价的热敏电压增量来评价焊接质量、筛选焊接不良的产品。利用TRR8000测试仪对样品进行合适条件下的在线筛选,能够有效剔出焊接不良产品,提高表面贴装整流二... 表面贴装整流二极管的焊接质量直接影响其可靠性。提出了通过测试与瞬态热阻等价的热敏电压增量来评价焊接质量、筛选焊接不良的产品。利用TRR8000测试仪对样品进行合适条件下的在线筛选,能够有效剔出焊接不良产品,提高表面贴装整流二极管的可靠性。 展开更多

关键词 瞬态热阻 结温 整流二极管

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温度循环下IGBT瞬态热阻抗退化模型的研究 被引量：1

17

作者 姚芳 王少杰 +1 位作者 李志刚 陈盛华 《电气传动》 北大核心 2017年第2期77-80,共4页

瞬态热阻抗是表征IGBT模块热特性的重要参数,瞬态热阻抗的退化可以反映模块材料的退化,因此研究IGBT瞬态热阻抗的退化模型对IGBT状态评估、寿命预测等研究有重大意义。利用温度循环老化实验装置对IGBT进行温度循环冲击老化,再利用瞬态... 瞬态热阻抗是表征IGBT模块热特性的重要参数,瞬态热阻抗的退化可以反映模块材料的退化,因此研究IGBT瞬态热阻抗的退化模型对IGBT状态评估、寿命预测等研究有重大意义。利用温度循环老化实验装置对IGBT进行温度循环冲击老化,再利用瞬态热阻抗测试平台测试老化进程中IGBT的瞬态热阻抗曲线,得到模块的退化情况。最后分析实验结果建立IGBT瞬态热阻抗退化数学模型,得到瞬态热阻抗的退化规律。 展开更多

关键词 退化模型 瞬态热阻抗 温度循环 绝缘栅双极型晶体管

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基于瞬态热阻抗的IGBT工况结温实时监测研究 被引量：1

18

作者 胡洋 马智浩 +2 位作者 李策 沈翃 万晓航 《科技创新与应用》 2021年第4期33-35,共3页

结温是表征IGBT健康状态的重要参数,结温的实时监测对IGBT模块的状态评估、寿命预测等具有重大意义。对IGBT在实验室及工况下对应的两种工作模式进行工作模式分析,即稳态分析和瞬态分析。从数值分析角度探索直流模式下瞬态热阻抗对开关... 结温是表征IGBT健康状态的重要参数,结温的实时监测对IGBT模块的状态评估、寿命预测等具有重大意义。对IGBT在实验室及工况下对应的两种工作模式进行工作模式分析,即稳态分析和瞬态分析。从数值分析角度探索直流模式下瞬态热阻抗对开关模式的适用性。最后得到两种模式下瞬态热阻抗的关系,确定了工况下IGBT结温实时监测的方法。 展开更多

关键词 IGBT 工况结温 恒直流模式 开关模式 瞬态热阻抗

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基于瞬态热阻抗模型的氧化锌压敏电阻散热能力研究 被引量：8

19

作者 张欣 行鸿彦 +1 位作者 杨天琦 宋晨曦 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2014年第6期19-23,共5页

针对交流环境中氧化锌压敏电阻(Metal Oxide Varistor,MOV)芯片热熔穿热劣化过程中散热能力的研究对试验依赖性强的问题,在分析MOV芯片散热能力基础上,提出了利用瞬态热阻抗参量表述其散热特性,建立了适用于MOV芯片的瞬态热阻抗模型,研... 针对交流环境中氧化锌压敏电阻(Metal Oxide Varistor,MOV)芯片热熔穿热劣化过程中散热能力的研究对试验依赖性强的问题,在分析MOV芯片散热能力基础上,提出了利用瞬态热阻抗参量表述其散热特性,建立了适用于MOV芯片的瞬态热阻抗模型,研究了片径和热熔穿电流对MOV芯片瞬时散热能力的影响。试验结果表明:热熔穿过程中,MOV芯片散热量除与片径有关外,还与通过电流值有关,是随时间和温度变化的量,并且随着通电时间延长其势垒高度降低同时散热能力增强。试验结果验证了模型的正确性,说明了所建立的瞬态热阻抗模型可定量反映MOV芯片散热能力大小,为研究MOV芯片热熔穿热劣化提供理论依据。 展开更多

关键词 氧化锌压敏电阻 散热能力 热阻 瞬态热阻抗模型 电涌保护器 热熔穿

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基于瞬态热阻抗的不同电流对MOV芯片散热能力的影响 被引量：1

20

作者 张欣 杨天琦 杨仲江 《电瓷避雷器》 CAS 北大核心 2014年第5期46-48,54,共4页

设计实验,分析了相同片径的MOV芯片通过不同电流值时瞬态热阻抗值随温度的变化关系,利用瞬态热阻抗模型研究了不同电流对MOV芯片瞬时散热能力的影响。实验结果表明,MOV芯片热熔穿过程中,MOV芯片散热能力与通过电流值有关,给出了一种研究... 设计实验,分析了相同片径的MOV芯片通过不同电流值时瞬态热阻抗值随温度的变化关系,利用瞬态热阻抗模型研究了不同电流对MOV芯片瞬时散热能力的影响。实验结果表明,MOV芯片热熔穿过程中,MOV芯片散热能力与通过电流值有关,给出了一种研究MOV芯片热劣化的新方法。 展开更多

关键词 MOV 散热能力 瞬态热阻抗模型

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