周文栋，王学梅，张　波，赖　伟

（1.华南理工大学电力学院，广州510640；2.重庆大学电气工程学院，重庆400044）

DOI：10.13234/j.issn.2095-2805．2016．1．1中图分类号：TM 464文献标志码：A

IGBT模块键合线失效研究

周文栋1，王学梅1，张波1，赖伟2

（1.华南理工大学电力学院，广州510640；2.重庆大学电气工程学院，重庆400044）

新能源技术的发展对功率变流装置的性能提出了更高的要求，IGBT模块作为变流器的核心器件，其可靠性受到了越来越广泛的重视。现有研究表明，恶劣的工作环境加速了器件的老化和失效，因此，深入研究IGBT模块的老化和失效机理是功率器件应用中需亟待解决的问题。以IGBT模块的键合线为研究对象，在建立IGBT模块电-热-力多场耦合模型的基础上，对正常工作和部分键合线脱落时的温度和剪切应力进行了综合分析，指出剪切力是键合线疲劳和失效的直接原因。最后，对比传统铝键合线模型，采用铜作为键合线材料，可以进一步提高模块的可靠性。本研究为进一步分析键合线疲劳，研究IGBT模块的失效形式和寿命提供了参考。

IGBT模块；键合线；失效机理；多物理场仿真

Project Supported by the Key Project of National Natural Science Foundation of China（51577074；51107044）

引言

近年来，随着新能源发电、轨道交通、智能电网、电动汽车等新兴产业的蓬勃发展，IGBT功率模块也得到了前所未有的广泛应用。IGBT模块是电力电子变流器的关键器件，一般由多个IGBT芯片集成［1］。有文献统计，约38%的交流调速系统故障源于功率器件的失效，而影响变流器功率器件失效的主要原因有温度、振动、湿度和灰尘［2］。如在风力发电中，由于所处的地理位置造成风电机组运行环境较为恶劣，且维护困难，国内外风电场统计表明，由电气系统引起的故障占整个风电场故障的比例最高［3］。……