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功率半导体和模块
载循环进行。
通常，在牵引的工况下，IGBT比同一模块中的续流
二极管承受的应力更大。因此，寿命估算重点在于逆变器
处于正常运行条件下 IGBT 的 DCB 焊接方面。
此真实采集的工况的行程持续时间为 t
driving
=4800
秒。功率元件和焊料层的结果温度基于逆变器的运行条件
进行计算。
IGBT结温（T
jIGBT
），FWD 结温（T
jdiode
）和 DCB 系统
焊接温度（T
solder
）是一个时间函数 T=f(t），如图 11 所示。
对于 EconoDUAL™ 3 采用雨流算法对已计算所得的
温度进行分离和读数，如图 11 所示。DCB焊料层的温度
波动(
∆
T
solder
）结果显示于图 12。
对于 EconoDUALTM 3，与 TC 性能相结合，估算的
焊料寿命如表 1 所示。标准模块的寿命估算结果显示，此
模块用于已测量的牵引循环时，每天运行 11 小时，可持
续运行 8.4 年。与要求相比，这是有限制的。在真实的应
用中，必须通过降额来保证寿命。但是这些措施会对变频
器是有负面影响的。
改进的 EconoDUAL™ 3 模块在焊料连接耐用性方面
具有显著的提高。其寿命取决每天的运行小时数，如表 2
所示。带有改进的焊接系统的模块符合 60,000 小时的要
求。每天运行 11 小时，可持续运行接近 21 年。即使每天
运行小时数增加至 15 小时，也可达到 15 年的寿命目标。
因此，通过采用新颖的焊料和相关的工艺来替代传
统的焊料技术可将模块的寿命增加至两倍以上。
结论与展望
本文提出了一种新的解决方案以增加 DCB 至基板
连接的耐用性。通过加速的可靠性试验，如被动热循环
（TC）和热冲击试验（TST）等来评估改进的焊料连接的
可靠性。通过使用不同的焊料和相关工艺，试验过程中焊
料层中产生的裂纹显著减少。
寿命估算结果显示寿命可延长两倍以上。对于现有
的逆变器设计，改进型 DCB 焊料在符合城市客车混合动
力驱动的全面要求方面具有显著优势。
基于所论述的改进，这种高可靠性的焊接将作为更
高的标准在 EconoDUAL
TM
3 功率模块中实现，以用于寿命
要求更高的商用车辆应用。
这一全新的接合技术可认为是对英飞凌即将推出的
.XT 接合技术的选择性提取
[10]
。
另外，全新的 EconoDUAL
TM
3 将根据英飞凌 IGBT 模
块的汽车标准进行认证。
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参考资料
[1] Dr. Helsper, Martin; Brendel, Bernd: Challenges for IGBT
Modules in Hybrid Buses; EPE, Barcelona, 2009
[2] Dr. Mainka, Krzysztof: Step by step methodology of device
lifetime based on mission profile; ECPE; Dusseldorf, July 2013
[3] Dr. Christmann, André; Dr. Mainka, Krzysztof: fac- ing high
thermal loads on power modules in hybrid electrical vehicles;
PCIM; Nuremberg, May 2010
[4] Luniewski, Piotr: System and Power Module Re- quirements
for Commercial, Construction & Agri- culture Vehicles; ECPE;
Munich, 2009
[5] Dr. Bayerer, Reinhold; et al.: Model for Power Cycl- ing lifetime
of IGBT Modules – various factors in- fluencing lifetime; CIPS;
Nuremberg, March 2008
[6] Infineon Technologies AG – Application Note: AN2010-02 Use
of Power Cycling Curves for IGBT4
[7] Rusche, Wilhelm; Bäßler, Marco: 1200V IGBT4 Low and
Medium Power – Chips designed to the needs of the application;
Bodo s Power Systems; June 2007
[8] Dr. Guth, Karsten; Mahnke, Peter: Improving the thermal
cycling capability of Cu baseplate modules; CIPS; Naples, June
2006
[9] Infineon Technologies Reliability Specification: Thermal
Cycling（TC）Capability for Industrial modules（CU
baseplates）rev.2, February 2012
[10] Dr. Guth, Karsten; et al.: New assembly and inter- connects
beyond sintering methods; PCIM; Nurem- berg, May 2010
图11：基于逆变器运行条件下的一个循环所计算的温度
表 1 标准 EconoDUAL™ 3 中的
DCB 焊料寿命的近似值
表2：改进的 EconoDUAL™ 3 中
DCB 焊料寿命的近似值
每日运行时长 1.35 6 11
可达寿命年限 67 14.9 8.4
每日运行时长 1.35 11 15
可达寿命年限 167.5 20.9 15.2