柔性直流输电换流阀用IGBT模块焊料层疲劳寿命研究

• 作者: 张宇娇 范虹兴 张炫焜 阮江军 黄雄峰
• 来源期刊: 高电压技术
• 关键词: 柔性直流输电 IGBT 焊料层 功率循环 疲劳寿命
• 年，卷（期）: 2020,（10）
• 所属期刊栏目: 高压大功率电力电子装置的可靠性专题|Reliability of High Voltage Large Capacity Power Electronics Equipment
• 页码范围: 3381-3389
• 页数: 9页
• 语种: 中文
• DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.20200596

摘要

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为柔性直流输电交直流变换的关键部件,其可靠性直接决定柔性直流输电系统的稳定运行.在换流阀运行过程中IGBT模块会受到各种不同的故障影响,导致电流急剧上升,从而造成IGBT模块温度升高使焊料层产生一定的损伤,最终导致焊料层疲劳失效.为此,以柔性直流输电换流阀用IGBT模块为研究对象对其进行功率循环条件下电磁-热-机械应力耦合分析.再利用基于应变的疲劳寿命模型,根据Coffin-Manson公式,以焊料层单个功率循环产生的非弹性应变增量为条件,对焊料层进行寿命预测.最后设计了10 kW/1000 A功率循环试验平台,对仿真分析得出的电、热特性以及焊料层疲劳寿命进行验证.结果 表明上焊料层温度分布与键合线键合点位置分布相关,下焊料层温度分布与芯片位置分布有关;焊料层温度分布不均、温差较大引起的热应力是导致焊料层疲劳失效的主要原因,且上焊料层疲劳寿命小于下焊料层.