近日，由國(guó)家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CSA）與第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（CASA）主辦，南方科技大學(xué)微電子學(xué)院與北京麥肯橋新材料生產(chǎn)力促進(jìn)中心有限公司共同承辦的第十七屆中國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體照明論壇（SSLCHINA 2020）暨2020國(guó)際第三代半導(dǎo)體論壇（IFWS 2020）在深圳會(huì)展中心召開。

期間，由江蘇博睿光電有限公司協(xié)辦的“可靠性與熱管理技術(shù)”分會(huì)上，桂林電子科技大學(xué)王浩潔帶來(lái)了“多場(chǎng)載荷下功率器件IGBT壽命預(yù)測(cè)分析”的主題報(bào)告。
 

在日常使用和運(yùn)輸過(guò)程中，功率器件IGBT模塊往往同時(shí)承受熱載荷和隨機(jī)振動(dòng)載荷，導(dǎo)致模塊焊接層的高周疲勞失效和整個(gè)IGBT模塊的疲勞失效。目前，雖然熱載荷作用下器件的疲勞失效研究已經(jīng)相當(dāng)成熟，但對(duì)熱-振動(dòng)耦合下器件疲勞失效的研究還很少。報(bào)告分享了以IGBT模塊為研究對(duì)象，對(duì)IGBT模塊在熱振動(dòng)耦合下的疲勞壽命預(yù)測(cè)進(jìn)行的研究成果。探討了有限元分析建模與邊界條件、有限元分析材料性能與結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)置、有限元分析荷載條件、有限元分析分析結(jié)果、熱振動(dòng)耦合有限元分析、熱循環(huán)載荷下的疲勞壽命計(jì)算、IGBT模塊在熱振動(dòng)耦合載荷下的疲勞壽命計(jì)算等內(nèi)容。

報(bào)告研究功率器件IGBT在熱振動(dòng)耦合下的疲勞壽命環(huán)境。到期對(duì)于在熱載荷和振動(dòng)載荷共同作用下的失效疲勞研究有限舞臺(tái)。與電力設(shè)備應(yīng)用場(chǎng)景的多樣化隨著其使用環(huán)境的惡化，研究熱、振動(dòng)耦合載荷對(duì)器件的影響具有較高的參考價(jià)值。

結(jié)果表明，模塊在熱循環(huán)載荷下的疲勞壽命為94490.5h，熱振動(dòng)耦合條件下的疲勞壽命為59.5h。在對(duì)模塊進(jìn)行熱模態(tài)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度升高時(shí)，各階固有頻率將減少。這個(gè)因?yàn)橛绊懩B(tài)參數(shù)隨溫度變化的主要因素是熱物理參數(shù)隨溫度的變化，稱之為材料非線性，或者熱應(yīng)力和幾何非線性。共振現(xiàn)象發(fā)生在一階頻率。因此，為了保證模塊的可靠性，應(yīng)避免在該頻率附近的沖擊載荷。

（內(nèi)容根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料整理，如有出入敬請(qǐng)諒解）