Estudo comparativo de métodos para medição da impedância térmica de módulos IGBT aplicados a ensaios de confiabilidade

Abstract

Esta dissertação investiga métodos para medir a impedância térmica em módulos IGBT, com foco na análise de confiabilidade, identificação de falhas e desempenho térmico. São discutidos os principais modos de falha, os tipos de encapsulamento e a relevância dos ensaios de vida acelerada na avaliação de módulos IGBT. Simulações baseadas na variação dos parâmetros do modelo de Foster foram realizadas para representar a degradação do encapsulamento, avaliando seus impactos na temperatura virtual de junção, na impedância térmica e na função estrutural cumulativa. Os resultados ajudam a identificar áreas críticas de potencial falha. No âmbito experimental, foram realizadas medições da temperatura virtual de junção e comparações entre os métodos estático e dinâmico para a determinação da impedância térmica, ambos apresentando resultados consistentes. O estudo enfatiza a necessidade de considerar a não linearidade da condutância térmica em função da temperatura, fundamental para análises precisas. Adicionalmente, são comparados dois métodos de medição da impedância térmica entre a junção e o case em módulos de potência sem baseplate: o método estático, que monitora a curva de resfriamento após a aplicação de um pulso prolongado de potência, e o método dinâmico, baseado na aplicação sucessiva de pulsos de potência de diferentes larguras

Abstract: This dissertation investigates methods for measuring thermal impedance in IGBT modules, focusing on reliability analysis, fault identification, and thermal performance. The main failure modes, encapsulation types, and the relevance of accelerated lifetime testing for IGBT modules are discussed. Simulations based on variations in Foster model parameters were conducted to represent encapsulation degradation, assessing its impacts on virtual junction temperature, thermal impedance, and cumulative structural function. The results contribute to identifying critical areas of potential failure. On the experimental side, virtual junction temperature measurements were carried out, along with comparisons between static and dynamic methods for determining thermal impedance, both yielding consistent results. The study highlights the importance of accounting for the nonlinearity of thermal conductance as a function of temperature, which is essential for accurate analyses. Additionally, two methods for measuring thermal impedance between the junction and the case in baseplate-less power modules are compared: the static method, which monitors the cooling curve after applying a prolonged power pulse, and the dynamic method, based on successive power pulses of varying widths.