浙江大學電氣工程學院的研究人員常垚、陳玉香、李武華、李威辰、何湘寧在2017年第12期《電工技術學報》上撰文指出， 壓接式絕緣柵極雙極性電晶體（IGBT）模組因優越的電氣性能和封裝設計， 受到柔性直流輸電等大功率應用場合的青睞， 其模組可靠性也成為大功率應用場合研究的重點， 而IGBT模組結溫是影響器件可靠性的重要因素。
基於壓接式IGBT模組雙脈衝測試平臺， 介紹一種基於關斷電流最大變化率的壓接式IGBT模組結溫提取方法， 分析壓接式IGBT晶片結溫和模組關斷電流最大變化率間單調變化關係， 並利用壓接式IGBT模組封裝結構固有的寄生電感有效獲取關斷電流最大變化率的資訊，
隨著柔性直流輸電系統朝著更高電壓等級和更大容量等級的不斷發展， 人們對絕緣柵極雙極性電晶體（Insulated GateBipolar Transistor, IGBT）的性能提出了更高要求[1,2]。 壓接式IGBT模組因採用雙面散熱的壓接型封裝設計， 避免了引線鍵合， 具有功率容量高、雜散參數小、失效後短路的特點[3,4]， 現己逐步應用於電力系統的高壓直流輸電和電力機車等高電壓大功率應用場合[5]。
由於大功率變換裝備的運行工況複雜、故障影響大、運維成本高[6]， 如何提升其可靠性成為國內外學術界和工業界的研究重點之一。
目前IGBT模組結溫的提取方法分為物理接觸測試法、光學非接觸測試法、熱阻抗模型預測法、熱敏感電參數法等。 以熱電阻或熱電偶為代表的物理接觸測試法雖然成本低廉， 但因該方法只能獲取晶片附近的溫度， 其所測溫度往往與晶片真實結溫差距較大；以紅外熱成像儀為代表的光學接觸法，
而熱敏感電參數法則將IGBT晶片本身作為熱感測器， 從IGBT的電氣參數入手， 通過建立IGBT電氣參數與溫度的對應關係來反推結溫， 具有回應速度快、測量精度高、成本低廉等優點， 因此， 採用熱敏電參數作為IGBT結溫線上檢測技術， 成為器件結溫提取的研究熱點， 有望應用於實際工業現場[10]。
目前， 熱敏感電參數可分為靜態熱敏電參數和動態熱敏電參數。 靜態熱敏電參數通過測量功率器件的導通或關斷狀態的特性參數來反映結溫， 常用的有小電流注入法、飽和電流法以及導通壓降法等[11,12]。
小電流注入法需要輔助電流源向待測模組注入低電流， 以避免模組自熱效應[13]；而利用飽和電流法測結溫時， 模組的門極電壓vGE保持稍微高於閾值電壓vth， 沒有對應IGBT門極的正常工況；採用導通壓降法則在實際測量中由於IGBT開關動作， 使得vCE在導通狀態下的幾伏與關斷狀態下上千伏之間切換， 難以保證測量精度或需要設計特殊採樣電路。
因此， 利用靜態熱敏電參數或改變了待測IGBT模組正常工況， 或難以與控制策略相容。 然而， 採用動態熱敏電參數提取IGBT結溫則可以較好地滿足非侵入性和可集成性兩種需求， 成為功率器件結溫提取的重要研究方向。
本文先介紹壓接式IGBT模組的封裝特性及對應的模組成型結構， 並分析其構成的半橋模組在感性負載工況下關斷後集電極電流下降階段的動態特性。
圖1 壓接式IGBT封裝結構圖
結論
本文針對壓接式IGBT模組的可靠性應用需求，進行了基於關斷電流最大變化率的壓接式IGBT工作結溫提取研究。該研究從壓接式IGBT模組關斷過程的載流子行為和立體化封裝結構入手，利用其壓接模組成型結構中固有的寄生電感獲取關斷電流最大變化率。
本文首先從半導體實體層面研究壓接式IGBT關斷後集電極電流變化的詳細過程，並分析集電極電流最大變化率與溫度的耦合關係，最後以ABB的SPT型壓接式IGBT為物件搭建了開關特性測試平臺，在不同工況下進行模組關斷特性測試，驗證了關斷電流最大變化率與模組結溫的負溫度係數特性以及在壓接式IGBT模組結溫檢測應用的可行性。
結論
本文針對壓接式IGBT模組的可靠性應用需求，進行了基於關斷電流最大變化率的壓接式IGBT工作結溫提取研究。該研究從壓接式IGBT模組關斷過程的載流子行為和立體化封裝結構入手，利用其壓接模組成型結構中固有的寄生電感獲取關斷電流最大變化率。
本文首先從半導體實體層面研究壓接式IGBT關斷後集電極電流變化的詳細過程，並分析集電極電流最大變化率與溫度的耦合關係，最後以ABB的SPT型壓接式IGBT為物件搭建了開關特性測試平臺，在不同工況下進行模組關斷特性測試，驗證了關斷電流最大變化率與模組結溫的負溫度係數特性以及在壓接式IGBT模組結溫檢測應用的可行性。