[发明专利]一种压接型IGBT模块不同位置故障下芯片寿命预测方法

权利要求书

1.压接型IGBT模块不同位置故障下芯片寿命预测方法，其特征在于：该方法为以下步骤：

S1、根据实际尺寸，建立压接型IGBT模块几何模型；

S2、设置各层不同材料的参数；

根据S1中选择的压接型IGBT模块，确定该模块不同材料的参数，包括：电导率、相对介电常数、导热系数、热膨胀系数、恒压热容、密度、杨氏模量、泊松比；

并根据该压接型IGBT模块输出特性曲线，设置硅的电导率；

S3、根据各个物理场的耦合关系，考虑电学、热学、力学约束，设定压接型IGBT模块的仿真条件；

设置对IGBT模块的电学约束；将二极管以及发生不导通故障的芯片设置为电绝缘；

设置对IGBT模块的热学约束；

设置对IGBT模块的力学约束；

S4、仿真不同位置的芯片故障后，获取其它芯片应力及温度分布，与正常工作时的其它应力、温度进行对比与分析；

S5、利用寿命预测模型，计算IGBT不同位置的芯片故障时的寿命；

利用Coffin-Manson-Arrhenius广延指数模型计算芯片存在不导通故障时的寿命。

2.如权利要求1所述的压接型IGBT模块不同位置故障下芯片寿命预测方法，其特征在于：S1中选取电压等级为3300V，电流等级为1500A的压接

型IGBT模块，根据铜极板、钼层、硅芯片尺寸，建立压接型IGBT模块几

何模型。

3.如权利要求2所述的压接型IGBT模块不同位置故障下芯片寿命预测方法，其特征在于：S2中根据S1中选择的压接型IGBT模块，确定该模块不同材料的参数，包括：铜、钼、硅材料的电导率、相对介电常数、导热系数、热膨胀系数、恒压热容、密度、杨氏模量、泊松比；并根据该压接型IGBT模块输出特性曲线，将硅的电导率σ设置为1/[8.54e-3+3.41e-5(T-25)]S/m。

4.如权利要求3所述的压接型IGBT模块不同位置故障下芯片寿命预测方法，其特征在于：S3中所述的压接型IGBT模块的仿真条件为：

对IGBT模块的电学约束是给模块上方的铜集电极设置为1500A的电流输入，模块下方的铜发射极设置为接地，并设定各个接触面的粗糙平均高度、粗糙平均斜率、微硬度；将二极管以及发生不导通故障的芯片设置为电绝缘；

对IGBT模块的热学约束是在集电极和发射极表面设定为对流散热，并设定各个接触面的粗糙平均高度、粗糙平均斜率、微硬度；

对IGBT模块的力学约束是给模块上表面一个位移载荷，底部设置为弹性基础。

5.如权利要求1所述的压接型IGBT模块不同位置故障下芯片寿命预测方法，其特征在于：S4中所述的对比与分析过程为：先仿真计算正常工作时各个芯片的应力和温度的分布，再分别仿真计算位于边缘位置的芯片和位于中心位置的芯片发生不导通故障时，各个芯片的应力和温度分布，最后，将正常工作及芯片发生故障后各个芯片的应力、温度分布进行对比与分析。

6.如权利要求1所述的压接型IGBT模块不同位置故障下芯片寿命预测方法，其特征在于：S5中利用Coffin-Manson-Arrhenius广延指数模型计算芯片存在不导通故障时的寿命；

其计算式为：

式中N_f是可循环次数；A、α、β为模型参数；E_a是材料激活能；k_B为玻耳兹曼常数；T_jm是每次循环的平均结温；ΔT_j是每次循环的结温差；

假设每次循环IGBT温度都可以降到室温25℃，最高温度就是芯片达到稳态时的最高结温；

最终经计算得出：不同位置的故障对芯片寿命的影响程度不同，边缘处的芯片发生故障比在中心处芯片发生故障的问题更加突出。