61

В статье приведены основные причины выхода из строя модулей IGBT, которыми оборудованы четырехквадрантные преобразователи и автономные инверторы электровозов на асинхронных тяговых двигателях. Приведена статистика отказов электровозов серии O’z-Y. Представлен полный обзор режимов отказов и долговременной надежности IGBT-модулей. Во вступительной части статьи подробно рассматривается анализ отказов в полевых условиях, включая режимы случайных отказов, режимы износа, а также взаимодействие между различными режимами отказов, их основные причины и физика отказа. А также, рассматриваются ускоренные испытания на срок службы, режимы работы и характеристики деградации, связанные с электротермическими нагрузками. Проанализированы способы испытания IGBT модулей и даны соответствующие выводы.

  • Web Address
  • DOI
  • Date of creation in the UzSCI system 25-04-2024
  • Read count 61
  • Date of publication 29-12-2023
  • Main LanguageRus
  • Pages102-111
English

The paper presents the main reasons for the failure of IGBT modules equipped with four quadrant converters and autonomous inverters of electric locomotives on asynchronous traction motors. Failure statistics of O'z-Y series electric locomotives are given. Failure modes and long-term reliability of IGBT modules are comprehensively reviewed. In the introductory part of the paper, field failure analysis is discussed in detail, including random failure modes, wear modes and the interaction between different failure modes, their causes and failure physics. Accelerated life testing, operating modes and degradation characteristics associated with electrothermal loading are also discussed. Test methods for IGBT modules are analysed and conclusions are drawn.

Русский

В статье приведены основные причины выхода из строя модулей IGBT, которыми оборудованы четырехквадрантные преобразователи и автономные инверторы электровозов на асинхронных тяговых двигателях. Приведена статистика отказов электровозов серии O’z-Y. Представлен полный обзор режимов отказов и долговременной надежности IGBT-модулей. Во вступительной части статьи подробно рассматривается анализ отказов в полевых условиях, включая режимы случайных отказов, режимы износа, а также взаимодействие между различными режимами отказов, их основные причины и физика отказа. А также, рассматриваются ускоренные испытания на срок службы, режимы работы и характеристики деградации, связанные с электротермическими нагрузками. Проанализированы способы испытания IGBT модулей и даны соответствующие выводы.

№ Name of reference
1 1. J. Lutz et al, “Semiconductor power devices: Physics, Characteristics, Reliability”, Springer, 2018, ISBN: 978-3-319-70917-8.
2 2. C. Papadopoulos, et al., “The influence of humidity on the high voltage blocking reliability of power IGBT modules and means of protection”, Microelectron. Reliab., Vol. 88, pp. 470-475, 2018.
3 3. C. Abbate et al “Measure of High Frequency Input Impedance to Study the Instability of Power Devices in Short Circuit”, Microelectron. Reliab., Vol. 88-90, pp. 540-544, 2018.
4 4. C. Zorn and N. Kaminski, "Acceleration of temperature humidity bias (THB) testing on IGBT modules by high bias levels," Proc.ISPSD, Hong Kong, pp. 385-388, 2015.
5 5. M. Liedtke et al, "Thermomechanical Reliability Investigation of Insulated Gate Bipolar Transistor Module," Proc. ISSE, Zlatibor, Serbia, pp. 1-7, 2018.
6 6. H.Yongle et al, “Physics of failure of die-attach joints in IGBTs under accelerated aging: Evolution of micro-defects in lead-free solder alloys”, Microelectron. Reliab., vol. 109, 2020.
7 7. R. Amro, “Power Cycling Capability of Advanced Packaging and Interconnection Technologies at High Temperature Swings”, PhD Dissertation, University of Technology Chemnitz, Germany, 2006.
8 8. Q. Yuan et al, “Failure mode verification of power IGBT under different thermal stress application conditions in power cycling test environment” ICEP-IAAC, Mie, pp. 367-370, 2018.
9 9. N. Baker et al “IR Camera Validation of IGBT Junction Temperature Measurement via Peak Gate Current”, IEEE Trans on Power. Electron., vol. 32, pp. 3099 – 3111, 2017
10 10. Д.О. Раджибаев, «Применение электровозов с четырехквадрантным преобразователем на железных дорогах Узбекистана», ПГУПС, 2011.
11 11. И.П. Викулов, Т.М. Назирхонов, Д.О. Раджибаев, «Анализ тягово-энергетических характеристик электровоза ВЛ80с на новом горном участке Ангрен-Пап», Материалы Девятого Международного симпозиума "Элтранс-2017" ("Eltrans-2017"), 91-96, 2019.
Waiting