加强功率模组可靠性,功率循环-量测系统首当其冲.doc
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1、加强功率模组可靠性,功率循环/量测系统首当其冲在可预见的将来,功率电子元件的使用将持续不断的增加。任何需要电力变换、转换或控制等功能都须使用各种形式的功率电子元件。现今功率电子元件已广泛应用于各种不同的行业(图1)。灰色圆圈所代表的是需要使用功率模组的行业,如汽车业(电动车、混合动力车、燃料电池车等其他轮式车)、可再生能源业(太阳能逆变器、风力发电机、太阳能电站、卫星太阳能面板)、铁路设施(引擎元件、牵引控制系统)及高阶马达驱动器。这些功率电子元件一般由多种绝缘闸双极性电晶体(IGBT)或金属氧化物半导体场效电晶体(MOSFET)组成。图1功率电子元件的应用。灰色圆圈表示须使用大功率模组的行业
2、。在大功率电子行业中,电动汽车、混合动力汽车及其充电站对功率电子元件的需求都有显著增长。功率元件可靠性挑战倍增对于使用IGBT或功率MOSFET的用户而言,可靠性是他们关注的首要议题。在这些行业中,产品的高可靠性和长使用寿命尤其重要。用户期望电动车在连续 15?20年内不出现任何重大维修问题;而铁路产业则须持续使用至少30年或更久。对于时常派遣维修人员对离岸风力发电机进行维修显然是不可行的,卫星太阳能面板甚至须永久性的使用。热失效是高可靠性无法实现的主因。功率循环会使IGBT晶片端产生的热通过模组,并散发到周围环境中,其产生的应力及热会破坏模组。焊线可能因疲劳老化的原因而脱落或断裂,甚至进一步
3、恶化导致完全失效(图2)。模组的堆叠层,特别是晶片焊接处,会因热-结构应力的作用下而脱层并破裂。在完全失效前,这些模组本可承受上万、甚至数以百万的功率循环次数。图2IGBT模组产生故障的原因有很多种,包括焊线老化或脱落。那么,我们如何保证这些模组在其应用领域中能持续使用多年,并耐受成千上万次功率循环呢?这不仅仅是功率电子模组供应商的责任,亦是相关产业供应商皆须克服的难题,无论是初期零组件供应商,抑或是原始设备制造商(OEM)均责无旁贷。若所生产的功率模组太早出现损坏的情况,则OEM应该为此负担保固、产品召回、声誉受损等损失。功率模组的可靠性测试并不是一项新的挑战,但传统的模组测试过程非常漫长且
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