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环氧树脂对双面散热IGBT模块功率循环寿命影响分析
Influence of Epoxy Resin on Power Cycling Lifetime of Double-Sided Cooled IGBT Modules
| 作者 | 刘鹏 · 周望君 · 邓二平 · 陆金辉 · 陈杰 · 常桂钦 · 黄永章 |
| 期刊 | 中国电机工程学报 |
| 出版日期 | 2025年9月 |
| 卷/期 | 第 45 卷 第 9 期 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | IGBT 功率模块 可靠性分析 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 双面散热IGBT模块 环氧树脂 功率循环寿命 焊料寿命 芯片失效 |
版本:
双面散热绝缘栅双极性晶体管（IGBT）模块因热阻低、功率密度高和寄生电感小等优势，已成为电动汽车功率器件的主流选择，其封装可靠性备受关注。尽管已有大量针对模块材料的功率循环研究，但环氧树脂作为与芯片及三层焊料直接接触的材料，其对模块寿命的影响尚不明确。本文通过对比含环氧树脂与无环氧树脂模块在相同条件下的功率循环试验，发现环氧树脂可延长焊料层寿命，提升模块整体功率循环能力，但可能引发芯片失效。结合试验前后超声扫描与仿真分析，揭示了环氧树脂的作用机理，为双面散热IGBT模块的设计与制造提供了参考依据。
双面散热绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块以其热阻小、功率密度高、寄生电感小等优势逐渐成为电动汽车功率器件的首要选择,其封装可靠性也受到广泛关注.虽然不少厂商和学者针对模块内部各材料进行功率循环研究,但作为与芯片、三层焊料直接接触的环氧树脂是否对双面散热IGBT模块的功率循环寿命有影响尚且未知.文中对环氧树脂塑封的双面散热IGBT模块和无环氧树脂的双面散热IGBT模块开展相同条件下的功率循环试验,试验结果表明,环氧树脂能提高双面散热IGBT模块的焊料寿命,从而提高其功率循环寿命,但会引起芯片失效.通过试验前后超声波扫描以及功率循环仿真解释环氧树脂对双面散热IGBT模块的影响机理.该研究成果可为半导体器件厂商设计和制造双面散热IGBT模块提供一定参考.
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SunView 深度解读
该研究对阳光电源功率器件封装可靠性提升具有重要价值。双面散热IGBT模块已广泛应用于ST系列储能变流器、SG大功率光伏逆变器及电动汽车驱动系统中，环氧树脂对焊料层寿命的延长机理可直接指导功率模块封装设计优化。研究揭示的环氧树脂应力缓冲作用可改善PowerTitan等大型储能系统中IGBT模块的功率循环能力，提升温度冲击工况下的可靠性；但需警惕其可能引发的芯片失效风险，在OBC充电机、充电桩等高温循环应用中需优化环氧树脂材料选型与工艺参数。该成果可结合iSolarCloud平台的预测性维护算法，建立基于封装材料的寿命预测模型，提升产品全生命周期可靠性。