散热底板对IGBT模块功率循环老化寿命的影响

功率半导体模块通常采用减小结壳热阻的方式来降低工作结温，集成Pin-Fin基板代替平板基板是一种有效的选择。两种封装结构的热阻抗特性不同，可能对其失效机理及应用寿命产生影响。针对平板基板和集成Pin-Fin基板两种常见车规级IGBT模块进行了相同热力测试条件（结温差100 K，最高结温150℃）下的功率循环试验，结果表明，散热更强的Pin-Fin模块功率循环寿命低于平板模块。失效分析显示，两者失效模式均为键合线脱附，但Pin-Fin模块的键合失效点集中在芯片中心区域，而平板模块的键合失效点则较为分散。基于电-热-力耦合分析方法，建立功率循环试验的有限元仿真模型，结果表明，Pin-Fin模块的芯片温变梯度更大，芯片中心区域键合点温度更高，使芯片中心区域的键合点塑性变形更大，导致其寿命较平板模块更短，与试验结果吻合。