姬煜轲，侯婷，何智鹏，李岩

(直流输电技术国家重点实验室(南方电网科学研究院)，广州 510663)

0 引言

近年来，随着国内柔性直流输电工程传输容量、电压等级不断提升[1]，具有功率密度大、可靠性高、失效短路等诸多优势的压接型绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)已逐步取代传统的焊接型IGBT，成为满足模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)发展需求的理想功率器件。早期工程中，IGBT应用设计工作往往集中于提升器件电应力、热应力裕度，以达到减小器件突发失效风险的目的[2 - 3]。后续经过多个大型工程的反复迭代，IGBT应用关注重点逐渐转变为IGBT器件老化失效问题的研究。围绕该问题展开的压接型IGBT器件乃至整个换流阀的故障诊断、寿命预测及状态监测逐渐成为研究热点。

传统的焊接型IGBT的老化失效机理已基本明确，主要表现为封装材料热膨胀系数差异引起的键合线脱落、焊接层疲劳、金属化重建等失效模式[4]。而压接型IGBT内部各层组件需要同时承担导通电流、芯片散热和压力传递功能，各层材料间的温度变化会引起压力变化，压力变化又会引起接触热阻和接触电阻的变化，进一步影响材料的散热特性从而加剧温度变化[5]。由于温度场特性、电场特性以及结构场特性相互影响，导致老化失效机理十分复杂，相关研究仍处于前期的探索阶段。

目前，关于压接型IGBT老化失效机理的研究多集中于器件封装特性分析[6]、失效过程多物理场耦合仿真[7 - 8]、老化试验方法研究及其实施过程。……