项目名称: 严苛工作环境下绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的可靠性及寿命预测研究

项目编号: No.51475136

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 机械、仪表工业

项目作者: 李玲玲

作者单位: 河北工业大学

项目金额: 82万元

中文摘要: 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的可靠性关乎整个机电产品性能。在高气温、高气压、高电流、高潮湿盐雾、高机械振动强度等严苛工作环境下,IGBT的性状与常规环境迥然不同,一些常规分析手段不再有效。本项目研究该环境下的IGBT失效机理、运行状态实时监测及故障诊断、可靠性度量、寿命预测问题。(1)从键合线脱落、焊接层疲劳、硅芯片工艺等角度探索IGBT失效机理,研究失效评判标准和处理对策。(2)提出一种基于表面温度等外部参数的IGBT模块运行状态逆向监测法,建立故障样本数据库,用核主成分分析提取故障特征,用在线支持向量机诊断故障类型。(3)提出一种基于广义可靠度计算模型的IGBT可靠性度量方法,整合了概率可靠度和模糊可靠度,以处理广义应力和强度的不确定性。(4)提出一种基于可变尺度高斯过程的IGBT寿命预测模型,并用相轨迹递归图来判断寿命曲线的可预测性。能准确刻画寿命曲线的非平稳性,能输出预测置信度。

中文关键词: 疲劳寿命;寿命预测;可靠性预测;可靠性分析

英文摘要: Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) reliability relates to the performance of the entire mechanical and electrical products. At the extreme application environments, such as high temperature, high pressure, high current, high moisture salt spray, high mechanical vibration intensity etc, the IGBT's performance is very different to conventional environment. Some conventional analysis methods are no longer valid. This project researches IGBT's failure mechanism, running real-time monitoring and fault diagnosis, reliability metrics and screening, the remaining life prediction at the extreme application environments. (1) From the perspective of bonding wire shedding, solder layer fatigue, silicon chip technology, material defects etc, explore IGBT failure mechanisms, research fail criteria and treatment measures. (2) Proposed an IGBT operation status reverse monitoring method based on surface temperature and other parameters of external measurements, to establish fault sample database, using kernel principal component analysis (kernel PCA) to extract fault feature, using on line support vector machine diagnose the fault type. (3) Proposed an IGBT reliability metrics method based on generalized reliability computational model. Integrate probability reliability and fuzzy reliability to deal with the uncertainty of generalized stress and strength. (4) Proposed an IGBT life prediction model based on variable scale Gaussian process (VSGP) and use the phase trajectory recursive diagram to determine life curves' predictability. The proposed model can accurately express the non-stationary life curve. It owns high prediction accuracy and outputs prediction confidence.

英文关键词: fatigue life;life prediction;reliability prediction;reliability analysis

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