湿度对功率半导体器件芯片焊料热阻的影响机理

王延浩邓二平王作艺李道会黄永章

（电力系统国家重点实验室（华北电力大学合肥工业大学电气与自动化工程学院上海蔚来汽车有限公司）

摘要

近年来，湿度对功率器件热特性的影响成已为热点话题。然而，功率器件芯片焊料热阻受湿度的影响尚未被试验证实，且影响机理仍不明确。该文基于试验测试、算例、仿真模型，首次提出湿度对功率器件芯片焊料热阻的影响机理。结果表明，湿度能入侵器件，并在两方面影响器件结-散热器瞬态热阻抗：①芯片焊料；②器件壳表面接触热阻。进一步地，探究芯片焊料的热容、密度、热导率受湿度影响机理，并结合算例可知，若水汽含量占芯片焊料层内物质总量的0.1%，芯片焊料的热容、密度、热导率将变化为原来的.9%、.%、91.4%。已校准热特性的仿真模型表明，焊料层热容的增大会导致焊料层热阻下降（整体热阻不变），焊料层热导率的减小会导致整个器件热阻上升，两种情况共同作用，影响实际户外应用工况下功率器件的工作寿命。

0引言

功率半导体器件如绝缘栅双极型晶体管（InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT）、碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管（SiliconCarbideMetal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistors,SiCMOSFETs）等被广泛应用于海上风电、光伏、电动汽车等户外工况，其运行可靠性受环境温度、湿度、盐雾等综合因素影响，近年来受到广泛

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