ISSN 0021-3454 (печатная версия)
ISSN 2500-0381 (онлайн версия)
Меню

12
Содержание
том 63 / Декабрь, 2020
СТАТЬЯ

DOI 10.17586/0021-3454-2020-63-5-451-459

УДК 621.382.2.3

Испытания многокристальных IGBT-модулей на стойкость к циклическому воздействию силового тока

Веревкин В. В.
АО „Протон-Электротекс“, отдел испытаний полупроводниковых приборов; начальник отдела;


Стригунов С. Л.
АО „Протон-Электротекс“, отдел испытаний полупроводниковых приборов; инженер-конструктор;


Пилипенко А. П.
АО „Протон-Электротекс“, отдел разработки IGBT-приборов; ин-женер-технолог;


Волобуев К. А.
АО „Протон-Электротекс“, отдел разработки IGBT-приборов; начальник отдела;


Лобанова В. А.
ОГУ им. И. С. Тургенева, кафедра электроники, радиотехники и систем связи; профессор;


Аннотация. Представлены результаты экспериментального сравнения многокристальных IGBT-модулей с различным расположением кристаллов транзисторов на DBC-подложке после ресурсных испытаний в режиме электротермоциклирования. Установлено, что топология многокристальных модулей в части расположения кристаллов транзисторов влияет на степень равномерности распределения температуры между чипами. Описана разработанная для проведения испытаний установка для электротермоциклирования IGBT-модулей, основные преимущества которой — возможность точного мониторинга состояния испытуемых образцов по значениям двух термочувствительных параметров и повышенная надежность оборудования. В ходе эксперимента с помощью термопары типа К и тепловизора определено распределение температуры между параллельно включенными кристаллами макетных образцов и другими токопроводящими элементами конструкции приборов. Получены экспериментальные зависимости параметров модуля от количества циклов, позволяющие оценить степень деградации испытуемого образца до его разрушения. Экспериментально установлено, что, во-первых, значение термочувствительного параметра и, следовательно, циклостойкость многокристальных модулей зависят от температуры наиболее разогретого транзисторного чипа, и, во-вторых, температура отдельных участков проводных соединений в многокристальном модуле сопоставима с температурой кристаллов и также может приводить к деградации элементов конструкции модуля вследствие термомеханических напряжений. Полученные результаты могут быть использованы при разработке и проектировании многокристальных IGBT-модулей.
Ключевые слова: силовые полупроводниковые приборы, многокристальные IGBT-модули, ре-сурсные испытания, испытательное оборудование, электротермоциклиро-вание, распределение температуры в многокристальном IGBT-модуле

Список литературы:

 

  1. Бардин В. М. Надежность силовых полупроводниковых приборов. М.: Энергия, 1978. 96 с.
  2. Колпаков А. Методы оценки надежности силовых модулей IGBT Semikron в предельных режимах // Силовая электроника. 2004. № 1. С. 40—45.
  3. Guth K., Heuck N. et al.End-of-life investigation on the .XT interconnect technology // PCIM Europe. 2015.
  4. Bouarroudj M., Khatir Z. et al.Degradation behavior of 600V-200A IGBT modules under power cycling and high temperature environment conditions // Proc. of the 18th European Symp. on Reliability of Electron Devices: Failure Physics and Analysis. Bordeaux, France, 2007. P. 1719—1724.
  5. Бардин В. М. и др. Аппаратура и методы контроля параметров силовых полупроводниковых вентилей. М.: Энергия, 1971.
  6. Лытаев Р. А., Севрюгов А. В.Типовые испытания высоковольтных тиристорных вентилей электропередачи вставок постоянного тока // Электричество. 1984. № 7. С. 16—20.
  7. International Standard IEC 60747-9, Semicoductor devices — Discrete devices — Part 9: IGBTs. Edition 2.0, 6.3.13.1
  8. Özkol E., Hartmann S., Pâques G.Improving the power cycling performance of the emitter contact of IGBT modules: Implementation and evaluation of stitch bond layouts // Microelectronics Reliability. 2014. Vol. 54, N 12. P. 2796—2800. DOI: 10.1016/j.microrel.2014.08.015.
  9. Веревкин В. В., Стригунов С. Л., Пилипенко А. П., Волобуев К. А. Влияние топологии многокристальных IGBT-модулей на распределение тока между транзисторными чипами в статических режимах работы // Вестн. МЭИ. 2019. №6. С. 101—105.
  10. Винтрих А., Бекедаль П. Нормирование теплового сопротивления IGBT: базовые принципы и некоторые особенности // Силовая электроника. 2017. №2. С. 16—23.
  11. Lutz J., Schlangenotto H., Scheuermann U., DeDoncker R. Packaging and reliability of power devices // Semiconductor Power Devices. Springer, Berlin-Heidelberg, 2010. P. 343—418.