考虑高海拔环境及键合线种类的焊接型IGBT电-热-力模型

摘要

焊接型IGBT作为高海拔地区光伏发电系统的关键部件，其可靠性直接决定光伏电站的稳定运行。然而缺少相应的高海拔地区的电-热-力耦合模型，同时有关高海拔地区由于芯片温升以及键合线所受应力过大造成的模块性能失效的研究也少之又少。为此根据IGBT模块内部电场、热场和力场之间的耦合作用关系，以焊接型IGBT为研究对象，建立铜、铝键合线的焊接型IGBT电-热-力耦合有限元模型，分别分析了不同海拔高度以及4 200 m特定海拔高度下每月的极端环境温度对铜、铝两种键合线种类的焊接型IGBT的最大结温与键合线最大应力的影响。研究表明，随着海拔升高，最大结温与键合线最大应力呈上升趋势；使用铜键合线的IGBT模块的最大结温低于使用铝键合线的IGBT模块的最大结温，但使用铜键合线的IGBT模块的最大应力值更高。该研究为高海拔地区优化键合线材料，提高IGBT模块运行稳定性提供了理论指导。

关键词

焊接型IGBT / 高海拔 / 电-热-力耦合 / 键合线 / 极端环境