一种基于多个电参数的IGBT模块键合线状态监测评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多个电参数的IGBT模块键合线状态监测评估方法，基于多个电参数下的IGBT模块键合线状态监测评估模型，通过分析键合线的失效与电参数变化的关系，在搭建的实验平台的基础上测量键合线不同的失效状态下的导通压降、米勒平台电压、米勒平台电压持续时间、阈值电压，得到的数据集，利用BP神经网络建立的状态监测评估模型，可以达到92.31％的预测准确率。本发明专利技术为评估IGBT模块的健康状态提供了具有极高的参考价值。打破了单一变量监测键合线健康状态的局限性。监测键合线健康状态的局限性。监测键合线健康状态的局限性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多个电参数的IGBT模块键合线状态监测评估方法


[0001]本专利技术涉及IGBT模块可靠性领域，尤其涉及一种基于多个电参数的IGBT模块键合线状态监测评估方法。

技术介绍

[0002]在IGBT模块的失效形式研究中，键合线因疲劳老化出现脱落是IGBT失效的主要形式之一，其失效机理是由于在电
‑
热
‑
力多场交互作用下，硅芯片与键合线之间的热膨胀系数(CET)不匹配，导致IGBT运行过程中，键合线连接处产生剪切应力循环冲击，造成键合线脱落或断裂。通过监测键合线的脱落程度可以评估IGBT模块的老化程度。键合线脱落会使IGBT模块的电热参数发生变化，例如导通压降、栅极电压、结温等。由此可知单个失效机制可能会导致IGBT模块多个电热参数发生变化，使用单一的特征参量监测键合线脱落具有一定的局限性，且导通压降容易受到结温变化的影响，在测量时需要同时考虑到结温的影响，热参数结温不容易获取。传统获取IGBT模块键合线失效过程中的电热参数的方法一般都是通过加速老化实验来进行，需要耗费大量的时间。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于多个电参数的IGBT模块键合线状态监测评估方法。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种基于多个电参数的IGBT模块键合线状态监测评估方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一、检测不同老化状态的IGBT模块键合线的Miller平台电压V
>m
、Miller平台持续时间t
m
、阈值电压V
th
和导通压降V
ce
，形成数据集；
[0007]步骤二、将数据集输入深度神经网络进行训练得到训练好的IGBT模块键合线状态评估模型；
[0008]步骤三、检测得到待检测的IGBT模块键合线的Miller平台电压V
m
、Miller平台持续时间t
m
、阈值电压V
th
和导通压降V
ce
并输入训练好的IGBT模块键合线状态评估模型，得到IGBT模块键合线的老化状态。
[0009]进一步的改进，所述Miller平台电压V
m
和Miller平台持续时间t
m
通过GBT双脉冲测试实验平台直接测得。
[0010]进一步的改进，所述IGBT模块键合线的阈值电压V
th
通过阈值电压测试平台直接测得。
[0011]进一步的改进，所述IGBT模块键合线交点电流下的导通压降V
ce
通过单脉冲实验平台直接测得。
[0012]进一步的改进，所述步骤一中，不同老化状态的IGBT模块键合线通过人工对IGBT模块键合线破坏得到。
[0013]进一步的改进，所述深度神经网络为BP神经网络。
[0014]本专利技术的优点：
[0015]1.解决了单一变量监测键合线状态具有一定局限性的问题，可靠性更高。
[0016]2.通过测量交点电流下的导通压降，可排除温度的影响。
[0017]3.通过剪断键合线模拟IGBT模块运行过程中的键合线失效过程，可大大缩短实验时间。
【附图说明】
[0018]附图作为本申请的一部分，用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但不构成对本专利技术的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
[0019]图1为双脉冲测试实验电路原理图。
[0020]图2为IGBT导通时实际的栅极电压波形图。
[0021]图3为IGBT导通时栅极电压分析图。
[0022]图4IGBT芯片内部的电容分布。
[0023]图5为IGBT模块端口等效电路图。
[0024]图6不同温度下IGBT模块输出特性曲线。
[0025]图7为单脉冲测试实验原理图。
[0026]图8为阈值电压测试实验原理图。
[0027]图9为BP神经网络示意图。
[0028]需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本专利技术的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本专利技术的概念。
【具体实施方式】
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]采用的IGBT模块为英飞凌FF100R12KS4的1200V/100A的半桥IGBT模块为例。一个IGBT模块包括两个IGBT子模块，每个子模块由两个IGBT芯片和对应的反并联续流二极管(FWD)芯片组成，每个IGBT芯片有八根键合线。
[0031]1.为了更准确的得到Miller平台电压V
m
和Miller平台持续时间t
m
，实验中采用双脉冲实验平台获取IGBT开通栅极波形。其中双脉冲测试实验平台原理图如图1所示。实验时，上管IGBT两端接一个电感L，并在栅极接负压使其关断。将示波器的普通探头连接到IGBT模块下管的G2‑
E2两端，用于测量IGBT栅极电压波形V
GE
，从第二个脉冲的开通波形的栅极电压波形中获取V
m
和t
m
；高压探头连接到IGBT的C2‑
E2两端，用于测量IGBT集电极
‑
发射极电压波形V
CE
；罗氏线圈电流探头用于测量IGBT集电极电流I
C
波形，并连接示波器。驱动部分包括DSP、IGBT驱动板。DSP和示波器连接上位机。通过DSP调节好两个脉冲宽度，上位机发生指令给DSP使驱动板工作，导通IGBT。
[0032]2.为了排除温度对IGBT导通压降的影响，搭建的单脉冲测试实验平台原理图如图7所示。
[0033]如图6不同温度下的IGBT输出特性曲线所示，在一定电流下的IGBT模块的导通压降会随着温度的变化而变化，在交点电流上方呈正温度系数，下方呈负温度系数。为减小IGBT模块的导通损耗引起的温度上升，驱动端给一个1ms脉宽的脉冲电压V
GG
。如此小的导通时间可忽略IGBT的自身产热。通过在给IGBT模块两端给一个恒定的电压V
CC
，调节负载R
L
，使IGBT导通时的电流I
C
变化。通过将IGBT模块至于恒温箱中，调节不同的温度，测量得到不同电流和温度下的导通压降值。当某一集电极电流值时的导通压降不随温度变化时，确定此时的电流即为IGBT模块的交本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多个电参数的IGBT模块键合线状态监测评估方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、检测不同老化状态的IGBT模块键合线的Miller平台电压V
m
、Miller平台持续时间t
m
、阈值电压V
th
和导通压降V
ce
，形成数据集；步骤二、将数据集输入深度神经网络进行训练得到训练好的IGBT模块键合线状态评估模型；步骤三、检测得到待检测的IGBT模块键合线的Miller平台电压V
m
、Miller平台持续时间t
m
、阈值电压V
th
和导通压降V
ce
并输入训练好的IGBT模块键合线状态评估模型，得到IGBT模块键合线的老化状态。2.如权利要求1所述的基于多个电参数的IGBT模块键合线状态监测评估方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢继武，付浩东，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：