基于键合引线退化的IGBT模块可靠性评估方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于键合引线退化的IGBT模块可靠性评估方法及装置，属于IGBT可靠性评估领域，其中，方法的实现包括：获取IGBT芯片导通压降U

【技术实现步骤摘要】
基于键合引线退化的IGBT模块可靠性评估方法及装置
本专利技术属于IGBT可靠性评估领域，更具体地，涉及一种基于键合引线退化的IGBT模块可靠性评估方法及装置。
技术介绍
绝缘栅双极晶体管(Insulate-GateBipolarTransistor，IGBT)功率模块是应用广泛的半导体功率转换开关器件，是新能源汽车能量转换和传输的核心器件。功率模块广泛应用于可再生能源、牵引、航空航天、电动汽车等领域。对功率模块的健康监测是提高IGBT器件安全性和可用性的重要手段。如何对IGBT可靠性进行准确的评估，对保证设备的安全运行，避免设备故障造成的人员伤亡和财产损失，促进社会的可持续发展具有重要意义。IGBT可能的失效机理有：(1)芯片的内部结构缺陷包括硅材料中的杂质、芯片缺陷和晶体缺陷等，以及器件在生产过程中存在的工艺缺陷(比如扩散问题)，这些缺陷会使IGBT失效。(2)超出器件承受能力的各种外部应力所带来的失效，比如电应力、热应力、机械应力和静电放电等。(3)闩锁失效，由于IGBT内部存在寄生晶闸管PNPN结构，当集电极电流很大时，会触发该晶闸管导通，使栅极失去对器件的控制作用，造成闩锁失效。(4)雪崩失效，微电子器件内部都存在雪崩击穿，IGBT也不例外，雪崩击穿分为静态雪崩击穿和动态雪崩击穿。(5)封装方面的失效。在以上5种失效类型中，封装方面的失效占失效总数中的50％以上，故主要对IGBT模块的封装失效进行研究，并作为IGBT失效的标准。IGBT模块的封装失效主要为：(1)焊接层老化失效；(2)键合引线脱落失效。根据研究，在功率循坏时，键合引线失效几率明显大于焊接层老化导致的失效，所以针对键合引线进行IGBT模块的可靠性评估，能够得到更准确的信息。但是，键合引线由于其位于模块内部，且体积小，直接对其参数进行评估极为困难，故对可靠性评估增添了难度。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提出了一种基于键合引线退化的IGBT模块可靠性评估方法及装置，通过间接方法测量键合引线电阻进行IGBT模块可靠性评估，能更准确的表征IGBT的失效特征，使IGBT可靠性评估具有更高的准确性。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于键合引线退化的IGBT模块可靠性评估方法，包括：(1)获取IGBT芯片导通压降Uces与工作电流Ic和芯片结温Tc之间的关系；(2)对待测IGBT模块，通过工作电流Ic和芯片结温Tc，基于IGBT芯片导通压降Uces与工作电流Ic和芯片结温Tc之间的关系，得到所述待测IGBT模块的芯片导通压降Uces-c；(3)获取所述待测IGBT模块外部导通压降Uces-m；(4)将所述芯片导通压降Uces-c与所述待测IGBT模块外部导通压降Uces-m相减得到IGBT芯片与键合引线连接处电压降，结合工作电流得到连接处电阻；(5)当连接处电阻增大到所述待测IGBT模块等效阻抗的n％时，认为所述待测IGBT模块失效。优选地，步骤(1)包括：(1.1)选取待测IGBT同一型号的未产生老化的IGBT模块，改变IGBT模块所处的温度，施加工作电流，通过测量IGBT模块的集电极与发射极之间的电压，得到相应条件下的IGBT模块的导通压降Uces；(1.2)记录数据并绘制IGBT模块导通压降Uces-工作电流Ic-芯片结温Tc三维图，利用曲线拟合的方法得到Uces关于Ic和Tc的函数Uces＝f(Ic,Tc)。优选地，步骤(2)包括：(2.1)对待测IGBT模块，在其处于工作状态时，获取所述待测IGBT模块的芯片结温Tc，及流经所述待测IGBT模块的工作电流Ic；(2.2)基于Uces关于Ic和Tc的函数，计算得到所述待测IGBT模块在工作过程中的芯片导通电压Uces-c。优选地，步骤(4)包括：获取所述待测IGBT模块外部导通压降Uces-m，以及计算得到的所述待测IGBT模块的芯片导通压降Uces-c，由Uces-m＝Uces-c+IcRw得到芯片与键合引线连接处电阻Rw。优选地，步骤(5)包括：当连接处电阻增大到所述待测IGBT模块等效阻抗的5％时，认为所述待测IGBT模块失效。按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于键合引线退化的IGBT模块可靠性评估装置，包括：关系式获取模块，用于获取IGBT芯片导通压降Uces与工作电流Ic和芯片结温Tc之间的关系；导通压降获取模块，用于对待测IGBT模块，通过工作电流Ic和芯片结温Tc，基于IGBT芯片导通压降Uces与工作电流Ic和芯片结温Tc之间的关系，得到所述待测IGBT模块的芯片导通压降Uces-c；外部导通压降获取模块，用于获取所述待测IGBT模块外部导通压降Uces-m；电阻获取模块，用于将所述芯片导通压降Uces-c与所述待测IGBT模块外部导通压降Uces-m相减得到IGBT芯片与键合引线连接处电压降，结合工作电流得到连接处电阻；失效判定模块，用于当连接处电阻增大到所述待测IGBT模块等效阻抗的n％时，认为所述待测IGBT模块失效。优选地，所述关系式获取模块，用于选取待测IGBT同一型号的未产生老化的IGBT模块，改变IGBT模块所处的温度，施加工作电流，通过测量IGBT模块的集电极与发射极之间的电压，得到相应条件下的IGBT模块的导通压降Uces，然后记录数据并绘制IGBT模块导通压降Uces-工作电流Ic-芯片结温Tc三维图，利用曲线拟合的方法得到Uces关于Ic和Tc的函数Uces＝f(Ic,Tc)。优选地，所述导通压降获取模块，用于对待测IGBT模块，在其处于工作状态时，获取所述待测IGBT模块的芯片结温Tc，及流经所述待测IGBT模块的工作电流Ic，并基于Uces关于Ic和Tc的函数，计算得到所述待测IGBT模块在工作过程中的芯片导通电压Uces-c。优选地，所述电阻获取模块，用于获取所述待测IGBT模块外部导通压降Uces-m，以及计算得到的所述待测IGBT模块的芯片导通压降Uces-c，由Uces-m＝Uces-c+IcRw得到芯片与键合引线连接处电阻Rw。按照本专利技术的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)与传统的IGBT可靠性评估相比，由于将焊接层老化与焊接引线脱落两种失效模式分离，单独对焊接引线脱落进行测量、记录和评估，所以具有更高的准确性；(2)该方法可以不考虑芯片温度对老化的影响，所以可以使用在不同的温度环境下，提供了IGBT可靠性评估的泛用性。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种基于键合引线退化的IGBT模块可靠性评估方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种IGBT模块内部结构图；图3是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于键合引线退化的IGBT模块可靠性评估方法，其特征在于，包括：/n(1)获取IGBT芯片导通压降U

【技术特征摘要】
1.一种基于键合引线退化的IGBT模块可靠性评估方法，其特征在于，包括：
(1)获取IGBT芯片导通压降Uces与工作电流Ic和芯片结温Tc之间的关系；
(2)对待测IGBT模块，通过工作电流Ic和芯片结温Tc，基于IGBT芯片导通压降Uces与工作电流Ic和芯片结温Tc之间的关系，得到所述待测IGBT模块的芯片导通压降Uces-c；
(3)获取所述待测IGBT模块外部导通压降Uces-m；
(4)将所述芯片导通压降Uces-c与所述待测IGBT模块外部导通压降Uces-m相减得到IGBT芯片与键合引线连接处电压降，结合工作电流得到连接处电阻；
(5)当连接处电阻增大到所述待测IGBT模块等效阻抗的n％时，认为所述待测IGBT模块失效。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)包括：
(1.1)选取待测IGBT同一型号的未产生老化的IGBT模块，改变IGBT模块所处的温度，施加工作电流，通过测量IGBT模块的集电极与发射极之间的电压，得到相应条件下的IGBT模块的导通压降Uces；
(1.2)记录数据并绘制IGBT模块导通压降Uces-工作电流Ic-芯片结温Tc三维图，利用曲线拟合的方法得到Uces关于Ic和Tc的函数Uces＝f(Ic,Tc)。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括：
(2.1)对待测IGBT模块，在其处于工作状态时，获取所述待测IGBT模块的芯片结温Tc，及流经所述待测IGBT模块的工作电流Ic；
(2.2)基于Uces关于Ic和Tc的函数，计算得到所述待测IGBT模块在工作过程中的芯片导通电压Uces-c。


4.根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)包括：
获取所述待测IGBT模块外部导通压降Uces-m，以及计算得到的所述待测IGBT模块的芯片导通压降Uces-c，由Uces-m＝Uces-c+IcRw得到芯片与键合引线连接处电阻Rw。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(5)包括：
当连接处电阻增大到所述待测IGBT模块等效阻抗的5％时，认为所述待测IGBT模块失效。

【专利技术属性】
技术研发人员：何怡刚，李猎，何鎏璐，王晨苑，时国龙，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42