IGBT疲劳失效机理及其健康状态监测

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2019-11
版次: 1
ISBN: 9787111634072
定价: 59.00
装帧: 平装
开本: 16开
纸张: 胶版纸
页数: 240页
分类: 工程技术
  • 《IGBT疲劳失效机理及其健康状态监测》通过详细分析IGBT芯片与封装疲劳失效机理,在研究失效特征量随疲劳老化时间变化规律的基础之上,通过将理论分析与解析描述相结合,建立了IGBT相关电气特征量的健康状态监测方法,对处于不同寿命阶段的IGBT器件健康状态进行有效评估。《IGBT疲劳失效机理及其健康状态监测》可作为从事电力电子技术理论与工程的技术人员的参考书,也可作为电力电子与电力传动专业的本科生?硕士和博士研究生,以及从事电力电子器件方面研究的师生与研究人员的参考书。 肖飞,专注于电力电子与电能变换领域基础理论及应用研究、关键技术攻关和重大装备研制,主持和参与了国家973、国家自然科学基金、国防重大装备研制等30余项重大科研项目,取得了一批具有完全自主知识产权的原创性成果。主持国家973项目“大功率全控型电力电子器件失效机理及尽限应用”研究。针对综合电力系统和电磁发射系统的需求,建立了大功率电力电子器件脉冲瞬态动力学表征模型,揭示了器件严苛条件下的失效机理,开创性地提出了一种基于热平衡的电力电子器件尽限应用设计方法,为舰船电能变换装置的精准可靠设计奠定了重要基础。 

    目录 
    序 
    前言 

     
    第1章 绪论 
    1.1 IGBT失效机理 
    1.1.1 IGBT缺陷失效 
    1.1.2 IGBT随机失效 
    1.1.3 IGBT疲劳失效 
    1.2 IGBT健康状态监测方法 
    1.2.1 基于IGBT结温的健康状态监测方法 
    1.2.2 基于IGBT导通电阻与热阻的健康状态监测方法 
    1.2.3 基于IGBT寿命预测的健康状态监测方法 
    1.3 研究现状小结 
    1.3.1 IGBT失效机理研究方面 
    1.3.2 IGBT健康状态监测方法研究方面 
    1.4 本书的主要内容及章节安排 
    参考文献 

     
    第2章 IGBT器件及其工作机理 
    2.1 IGBT基本结构 
    2.2 IGBT制造工艺 
    2.3 IGBT工作机理 
    2.4 IGBT发展历程 
    2.5 本章小结 
    参考文献 

     
    第3章 IGBT失效模式及其失效机理 
    3.1 IGBT主要应用对象及其工作特点 
    3.2 IGBT主要失效模式与失效机理 
    3.2.1 IGBT缺陷失效模式与机理分析 
    3.2.2 IGBT随机失效模式与机理分析 
    3.2.3 IGBT疲劳失效模式与机理分析 
    3.3 疲劳失效实验方法 
    3.3.1 IGBT电热应力与功率循环疲劳老化 
    3.3.2 IGBT疲劳老化变异特征检测与分析 
    3.3.3 IGBT疲劳老化特性综合记录处理 
    3.4 本章小结 
    参考文献 

     
    第4章 与芯片相关的疲劳失效机理 
    4.1 界面疲劳失效机理 
    4.1.1 栅极Al-SiO2界面 
    4.1.2 栅极Si-SiO2界面 
    4.1.3 发射极Al-Si界面 
    4.2 硅材料疲劳失效机理 
    4.3 本章小结 
    参考文献 

     
    第5章 与封装相关的疲劳失效机理 
    5.1 Al金属薄膜电迁移效应分析 
    5.2 电化学腐蚀分析 
    5.3 Al金属层表面重构分析 
    5.3.1 表面重构原因 
    5.3.2 表面重构机理 
    5.4 芯片与衬底焊料层疲劳失效 
    5.4.1 焊料层疲劳失效微观观测分析方法 
    5.4.2 器件内部各层温度场实验测量 
    5.4.3 焊料层疲劳失效机理 
    5.5 键丝疲劳与翘起失效 
    5.5.1 键丝根部断裂疲劳失效机理 
    5.5.2 键丝焊盘剥离疲劳失效 
    5.5.3 键丝与焊料层两种主要失效模式之间的耦合关系分析 
    5.6 本章小结 
    参考文献 

     
    第6章 基于芯片疲劳失效机理的健康状态监测方法 
    6.1 基于阈值电压的IGBT健康状态监测方法 
    6.1.1 IGBT阈值电压疲劳变化规律建模与分析 
    6.1.2 IGBT阈值电压健康状态监测方法 
    6.2 基于集电极漏电流的IGBT健康状态监测方法 
    6.2.1 IGBT集电极漏电流疲劳变化规律建模与分析 
    6.2.2 IGBT集电极漏电流健康状态监测方法 
    6.3 基于关断时间的IGBT健康状态监测方法 
    6.3.1 IGBT关断时间疲劳变化规律建模与分析 
    6.3.2 IGBT关断时间健康状态监测方法 
    6.4 本章小结 
    参考文献 

     
    第7章 基于封装疲劳失效机理的健康状态监测方法 
    7.1 基于热阻的IGBT健康状态监测方法 
    7.1.1 焊料层空洞有限元建模及其对热阻的影响 
    7.1.2 基于热阻的IGBT健康状态监测方法 
    7.2 基于集射极饱和压降的IGBT健康状态监测方法 
    7.2.1 IGBT集射极饱和压降随封装疲劳的变化规律 
    7.2.2 基于集射极饱和压降的IGBT健康状态监测方法 
    7.3 基于结温的IGBT健康状态监测方法 
    7.3.1 基于IGBT关断电压变化率的结温监测方法 
    7.3.2 基于IGBT损耗与传热特征的结温预测方法 
    7.3.3 基于结温的IGBT失效判据与寿命预测方法 
    7.4 本章小结 
    参考文献 

  • 内容简介:
    《IGBT疲劳失效机理及其健康状态监测》通过详细分析IGBT芯片与封装疲劳失效机理,在研究失效特征量随疲劳老化时间变化规律的基础之上,通过将理论分析与解析描述相结合,建立了IGBT相关电气特征量的健康状态监测方法,对处于不同寿命阶段的IGBT器件健康状态进行有效评估。《IGBT疲劳失效机理及其健康状态监测》可作为从事电力电子技术理论与工程的技术人员的参考书,也可作为电力电子与电力传动专业的本科生?硕士和博士研究生,以及从事电力电子器件方面研究的师生与研究人员的参考书。
  • 作者简介:
    肖飞,专注于电力电子与电能变换领域基础理论及应用研究、关键技术攻关和重大装备研制,主持和参与了国家973、国家自然科学基金、国防重大装备研制等30余项重大科研项目,取得了一批具有完全自主知识产权的原创性成果。主持国家973项目“大功率全控型电力电子器件失效机理及尽限应用”研究。针对综合电力系统和电磁发射系统的需求,建立了大功率电力电子器件脉冲瞬态动力学表征模型,揭示了器件严苛条件下的失效机理,开创性地提出了一种基于热平衡的电力电子器件尽限应用设计方法,为舰船电能变换装置的精准可靠设计奠定了重要基础。 

  • 目录:
    目录 
    序 
    前言 

     
    第1章 绪论 
    1.1 IGBT失效机理 
    1.1.1 IGBT缺陷失效 
    1.1.2 IGBT随机失效 
    1.1.3 IGBT疲劳失效 
    1.2 IGBT健康状态监测方法 
    1.2.1 基于IGBT结温的健康状态监测方法 
    1.2.2 基于IGBT导通电阻与热阻的健康状态监测方法 
    1.2.3 基于IGBT寿命预测的健康状态监测方法 
    1.3 研究现状小结 
    1.3.1 IGBT失效机理研究方面 
    1.3.2 IGBT健康状态监测方法研究方面 
    1.4 本书的主要内容及章节安排 
    参考文献 

     
    第2章 IGBT器件及其工作机理 
    2.1 IGBT基本结构 
    2.2 IGBT制造工艺 
    2.3 IGBT工作机理 
    2.4 IGBT发展历程 
    2.5 本章小结 
    参考文献 

     
    第3章 IGBT失效模式及其失效机理 
    3.1 IGBT主要应用对象及其工作特点 
    3.2 IGBT主要失效模式与失效机理 
    3.2.1 IGBT缺陷失效模式与机理分析 
    3.2.2 IGBT随机失效模式与机理分析 
    3.2.3 IGBT疲劳失效模式与机理分析 
    3.3 疲劳失效实验方法 
    3.3.1 IGBT电热应力与功率循环疲劳老化 
    3.3.2 IGBT疲劳老化变异特征检测与分析 
    3.3.3 IGBT疲劳老化特性综合记录处理 
    3.4 本章小结 
    参考文献 

     
    第4章 与芯片相关的疲劳失效机理 
    4.1 界面疲劳失效机理 
    4.1.1 栅极Al-SiO2界面 
    4.1.2 栅极Si-SiO2界面 
    4.1.3 发射极Al-Si界面 
    4.2 硅材料疲劳失效机理 
    4.3 本章小结 
    参考文献 

     
    第5章 与封装相关的疲劳失效机理 
    5.1 Al金属薄膜电迁移效应分析 
    5.2 电化学腐蚀分析 
    5.3 Al金属层表面重构分析 
    5.3.1 表面重构原因 
    5.3.2 表面重构机理 
    5.4 芯片与衬底焊料层疲劳失效 
    5.4.1 焊料层疲劳失效微观观测分析方法 
    5.4.2 器件内部各层温度场实验测量 
    5.4.3 焊料层疲劳失效机理 
    5.5 键丝疲劳与翘起失效 
    5.5.1 键丝根部断裂疲劳失效机理 
    5.5.2 键丝焊盘剥离疲劳失效 
    5.5.3 键丝与焊料层两种主要失效模式之间的耦合关系分析 
    5.6 本章小结 
    参考文献 

     
    第6章 基于芯片疲劳失效机理的健康状态监测方法 
    6.1 基于阈值电压的IGBT健康状态监测方法 
    6.1.1 IGBT阈值电压疲劳变化规律建模与分析 
    6.1.2 IGBT阈值电压健康状态监测方法 
    6.2 基于集电极漏电流的IGBT健康状态监测方法 
    6.2.1 IGBT集电极漏电流疲劳变化规律建模与分析 
    6.2.2 IGBT集电极漏电流健康状态监测方法 
    6.3 基于关断时间的IGBT健康状态监测方法 
    6.3.1 IGBT关断时间疲劳变化规律建模与分析 
    6.3.2 IGBT关断时间健康状态监测方法 
    6.4 本章小结 
    参考文献 

     
    第7章 基于封装疲劳失效机理的健康状态监测方法 
    7.1 基于热阻的IGBT健康状态监测方法 
    7.1.1 焊料层空洞有限元建模及其对热阻的影响 
    7.1.2 基于热阻的IGBT健康状态监测方法 
    7.2 基于集射极饱和压降的IGBT健康状态监测方法 
    7.2.1 IGBT集射极饱和压降随封装疲劳的变化规律 
    7.2.2 基于集射极饱和压降的IGBT健康状态监测方法 
    7.3 基于结温的IGBT健康状态监测方法 
    7.3.1 基于IGBT关断电压变化率的结温监测方法 
    7.3.2 基于IGBT损耗与传热特征的结温预测方法 
    7.3.3 基于结温的IGBT失效判据与寿命预测方法 
    7.4 本章小结 
    参考文献 

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