向超群 尹雪瑶 成 庶 于天剑 张璐琳

(中南大学交通运输工程学院 长沙 410075)

1 引言

自20世纪90年代以来，IGBT逐渐成为轨道智能功率电子开关模块首选，取得重要应用地位。IGBT模块能够获得广泛应用主要源于其同时兼顾了场效应晶体管MOSFET和电力晶体管GTR两者的优点，具有低开关损耗、高开关频率、小型化、效率高等卓越性能。然而，应用于轨道交通领域的IGBT器件自投入运行起，就要承受着各种复杂的环境温度变化、猛烈的机械冲击及不可避免的老化损耗。因此，为了守护人民群众的生命财产安全，为了节约企业经营成本，提高产品利用率，为了交通运输事业能够平稳平安发展，对IGBT器件进行寿命优化控制研究是十分必要的。

据统计，IGBT器件发生故障大多数情况下是热-电-机械应力方面出现问题[1]，而焊料层裂纹及空洞的增加与键合线的脱落往往是IGBT失效的主要原因[2]。目前，针对IGBT 器件可靠性的研究，使用功率循环试验来进行寿命耐久性测试是常见的方法之一。IGBT功率循环试验的主要目的是通过功率循环测试机器缩短IGBT模块老化周期，有效地得到失效相关寿命特征参量随使用循环周期(时间)的变化规律，建立老化失效模型，为探究相应IGBT失效机理与建立IGBT寿命评估方案提供可靠支撑。常见的老化指标包括电学参数(饱和压降VCE(on)、阈值电压Vth、耐压BV、漏电Ices、开通延迟时间ton和关断延迟时间toff等)、结温、壳温、稳态热阻等[3-4]。对于交通行业的发展来说，如果能够针对IGBT模块，通过试验获得详尽的疲劳累积损伤数值，并且加以分析，推断出模块剩余寿命区间，不仅能够实现在模块失效前就予以更换，还能够科学地安排修理检查计划，达到大大降低安全风险的目的。……