绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块的可靠性的研究.pdfVIP

绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块的可靠性研究1 北京工生大学电子工繇 d匕京l∞∞∞ 崔辱青 刘秀兰王彦剐 武力吴武臣 聩士苏蔡世工业大学(CH-鲫2) M舢E＆∞∞P．Jecob 关键词：IGBT／真块，锁定效应．慷环工作寿命．可靠性． 摘要：本文主要报道IGBT模块可靠性的一些试验结果及失效分析结果．筷块开燕试验观测到的IGBT镇 定失效揭示了模块驱动电路对其开关特性的影响．4Q0安，1200伏IGBT模块功率循环寿命试验结果表明引 线压焊是目前髟响IGBT摸块长期工作寿命的主要因素．上述试验结果和理论分析相符． 一引言 Gate 近年来电力电子器件得到了迅速发展，以绝缘橱双极晶体管(IGBT：Imula搬l Induction Bipd誓Triturator),静电感应晶闸管(S1TH：StaticThyfisIo吐MOS控制晶闸管 似0s一。D玎的Ucd Resistorco“呐l硝Th州s神 Thyristor),基区电阻控制晶闸管(BRT：Base 及发射授开关晶闸管(EST：F_．,miRa-Switched Thymtor)构成的现代电力电子器件家族在当 前的电力电子工业革命中发挥了至关重要的作用【l】【2】。和上述其它器件相比．作为高压大 功率开关器件的IGBT模块以其MOS结构的高速、驱动简单及双极器件大功率特性等优点 而成功地应用在诸如电力机车等电力传动领域【31。目前，IGBT模块的研制方向是进一步 向更大电流、更高电压领域发展，自1200安，1200伏模块于1993年问世以来，世界各大IGBT 和IGBT模块本身飞速发展相比，其可靠性研究则显得相应滞后。原因之一是模块本 身发展速度过快，原因之=是IGBT模块可靠性试验耗资耗时巨大．例如，400安n200扶 IGBT模块功率循环寿命试验所需时间可长达数周甚至数月之久。因此，目前关于模块可 靠性研究结果宙勺公开报道数量有限。 本文主要介绍IGBT模块可靠性的一些试验结果及失效分折结果．半桥IGBT模块开 关试验首次观测到模块导通时发生锁定失效(1atching-up)，揭示了模块驱动电路对模块开 关特性的影响．400安，1200伏IGBT模块功率循环寿命试验绪果表明引线失效是目前髟响 lGBT模块长期工作寿命的主要因素。 二半桥IGBT模块导通时的锁定失效 共对=十五只来自不同厂家的300／400安1200伏半桥组态IGBT模块进行了开关试 验，目的是研究模块的开关特性及可靠性，圈—给出了半桥模块的结构及试验原理电路。 由图一可以看出，模块由上半桥臂Tl和下半桥臂T2构成，每一桥臂又和一个续流二 极譬(DI，D2)反并联连接．当T2关断时，感性负载L所产生的感应电势会诱发T2关断 失效·即关断时的镇定失效。续流二极管对感应电势提供了释放通道从而肪止模块在关断 时发生关断失效-二极管D，电阻R和电容C构成的保护电路可以吸收电源的扰动电压以 保证电路安全工作。 田寨自然基盒(6％％∞5)及北京市自髂基垒‘螂20嘶)蠢助项目． 。·246· ‘，一 翻一半挢IGBT模块结构及试验廉理电路 翻二模块导逯失效的电漉电压波形 由图一还可以看出，模块上半桥臂T1的橱极和发射极间接有．12伏偏置电压，这意味 着上半桥臂Tl在试验过程中处于关箭状态即不参加开关试验．如是，只有下半桥臂T2参 加开关试验。+15伏脉冲信号经掘极电阻＆加到下芈轿臂T2以控制其导通和关断。此外， +8∞伏电压同时分剐加到T1和I2的集电极．因此，当T2被触发导遁后，电流由电源出 发经负载流过T2回到屯漂形成fij合回路