Старение IGBT в инверторе и изменения параметров, И не тольно IGBT, но и других елементов Опции

[PrSt]

Ребята, может кто встречал статейку или скан книги, по тематике типа: старение IGBT (хотя и друхих элементов тоже) и изменения параметров.
Не могу нагуглить ниче такого, даже на сайте инфиниона.
Особенно интересует как изменятся параметры IGBT транзисторов через 5, 10, 20 лет. Ясен пень что будут ухудшения параметров, но вот каких именно и конкретные цифры бы знать...
Очень актуально, если вы в теме или натыкались на такой документ, подскажите плз.
Нужно приблизительно прикинуть как изменятся параметры нашего инвертора через определенный срок устаревания продукции.
Инвертер на 10кВт, так что если из-за изменения параметров IGBT изменится эффективность на 1-2% то это уже повод чтото думать...

На всякий случай еще спросил у себя на форуме

[HardEgor]

А Reliablity Report не подойдут? Например IXYS http://www.ixyspower.com/images/technical_...ability2012.pdf
или интересует старение в режиме хранения?

[PrSt]

А Reliablity Report не подойдут? Например IXYS http://www.ixyspower.com/images/technical_...ability2012.pdf или интересует старение в режиме хранения?

Странно, но ссылка не открывается ;(
В основном интересует "старение" в режиме работы в том числе с учётом всяких факторов типа перегрузки и рабочих перегревов...
Но и хранение тоже, так как там только один гель внутри IGBT модулей вызывает ряд сомнений о долговечности хим-состава и вляиния влажности в дальнейшем, что скажется в целом на весь инвертор.
Можно найти документы запростив у гугла "Reliability Report IGBT", но то больше по надежности, а мне бы по старению в рабочем режиме инвертора, от самих режимов и окружающего влияния.

[AlexandrY]

но то больше по надежности, а мне бы по старению в рабочем режиме инвертора, от самих режимов и окружающего влияния.

А какая у вас логика в этом вопросе?

В даташитах уже параметры идут с разбросами большими 1-2%. И это вас устраивает?

Если устраивает, то вас должны устроить и вероятностные модели деградации.
А из них можно сделать как минимум два вывода.
1-й все стареют по разному.
2-й основной фактор влияющий на деградацию сопротивления IGBT это температура.

Статистика отказов отражает и выход сопротивления за допустимый интервал.
Значит статистики отказов при заданной температуре и фактора акселерации должно быть достаточно чтобы прогнозировать деградацию сопротивления для худшего случая.

[_Pasha]

Электролиты и трансформатор Вашего флая(главным образом зазор), а также оптодрайверы - уйдут быстрее.

[PrSt]

А какая у вас логика в этом вопросе?

В даташитах уже параметры идут с разбросами большими 1-2%. И это вас устраивает?

Если устраивает, то вас должны устроить и вероятностные модели деградации.
А из них можно сделать как минимум два вывода.
1-й все стареют по разному.
2-й основной фактор влияющий на деградацию сопротивления IGBT это температура.

Статистика отказов отражает и выход сопротивления за допустимый интервал.
Значит статистики отказов при заданной температуре и фактора акселерации должно быть достаточно чтобы прогнозировать деградацию сопротивления для худшего случая.

AlexandrY Вы как всегда правы, однако за некоторым исключением. Я прорыл вдоль и поперек даташит на IGBT и там лишь несколько раз можно найти минимумы-максимумы значений, однако это не отражает ни как вопрос стрения, а лишь разброс, который кстати порой и 5..10% достигает на входе и выходе. Дело в том что толи я не могу найти конкретных цифр, толи смотрю ваще не там.
,
У меня же стоит задача оценить, как могут хоть приблизительно измениться параметры элементов, за к примеру 10 лет, чтоб я мог промоделиросать или просимулировать эту ситуацию и согласно моей задачи сделать нужные адаптивные действия.
Юмор в том, что, то что меня интересует эти некие сферические или (с датащита) значения для учета и прогнозирования вероятного отклонения. Про ТКС и ТКЕ [] речь не идет, там их в схеме понты, пару десятков максимум, да и найти это намного проще, а вот отклонения от старения на Диоды и IGBT это отдельная песня.
Вот и мучаюсь, как бы это узнать...
Честно просто раньше не приходилось оценивать факторы старения (не путать с вероятностью отказа), возможно оно и простое, но не знаю еще куда копать.

Электролиты и трансформатор Вашего флая(главным образом зазор), а также оптодрайверы - уйдут быстрее.

Электолиты в расчет не беру, за исключеним ДС-Линка, но то отдельная песня.
Оптопары, хм, както даже не думал, надо будет исследовать и этот вопрос.
А вот индуктивности, что после инвертора, это да, еще интересно изучить поведение старения сердечника и его магнитных свойств через 5..10 лет. Что весьма даже актуально, так как изменение свойств сердечника напрямую влияет на сам дроссель следовательно и на весь инвертор.

Сообщение отредактировал Herz - Aug 28 2013, 06:51

Причина редактирования: Нарушение п.2.1.в Правил

[AlexandrY]

оценивать факторы старения (не путать с вероятностью отказа), возможно оно и простое, но не знаю еще куда копать.

Моя мысль была как раз в том что старение(деградация) и отказ (выход параметров из заявленных допусков) это одно и тоже в практическом плане.

Если вы знаете сколько приборов откажут за заданное время с заданной вероятностью, то вы знаете у скольких их них выйдет сопротивление за заданные границы в худшем случае. Можете дальше экстраполировать.
А у остальных сопротивление к этому времени будет в норме, а у некоторых все еще будет лучше заявленных средних параметров!

Т.е. собственно отчеты по Failure Rate производителей прямо противоречат вашей гипотезе о каком-то существенном детерминированном старении.

[HardEgor]

Так уплывание параметров за пределы это и есть отказ. Впринципе эти отчеты подтверждают время жизни транзистора в экстремальных ситуациях, а значит , грубо говоря, в нормальных условиях он не откажет в несколько раз дольше.
Вот здесь можно глянуть тесты http://www.irf.com/product-info/reliability/
Можно еще поискать на сайте Microsemi, у них должен быть богатый раздел по надежности.
Хотя наверное стоит вначале поизучать этот раздел форума http://electronix.ru/forum/index.php?showforum=105

[PrSt]

Так уплывание параметров за пределы это и есть отказ. Впринципе эти отчеты подтверждают время жизни транзистора в экстремальных ситуациях, а значит , грубо говоря, в нормальных условиях он не откажет в несколько раз дольше.
Вот здесь можно глянуть тесты http://www.irf.com/product-info/reliability/
Можно еще поискать на сайте Microsemi, у них должен быть богатый раздел по надежности.
Хотя наверное стоит вначале поизучать этот раздел форума http://electronix.ru/forum/index.php?showforum=105

Не, ребята. Смотрите, на сколько я понимаю. надежность это гарантированное время до отказа, высчитаное исходя их имтерических ислледований на образцовую паритю, и это, - не то что я ищю.
Тоесть статьи про качество рассматривают колличественный показатель от выхода или сбоев на какоую то серию или партию.
В моем случае не рассматривается даже вероятность отказа, а лишь величина степени изменения параметров. Тоесть элемент самое главное это IGBT+diodы, должен быть гарантировано рабочий, и даже в перспективе не должен выйти из строя.
Но вот его отклонения нужно учесть.

[AlexandrY]

на сколько я понимаю. надежность это гарантированное время до отказа, высчитаное исходя их имтерических ислледований на образцовую паритю, и это, - не то что я ищю.

Дело, как всегда, подходит к жестокому спору о терминологии.

Итак, что тогда вы называете отказом? Или наоборот, какие мнения о переводе термина Failure.

Мое мнение, что нет воздействующих факторов на параметры дивайса кроме тех, что перечислены в отчете IXYS по видам отказов.
А значит нет никакого практического старения в другом смысле чем у IXYS.

[HardEgor]

Что-то не то...
Вот смотри, в даташите указаны "предельные разбросы параметров прибора", ты их должен уже учесть в своей схеме на самое худшее ссочетание разбросов.
Да, твой инвертор при худшем сочетании будет иметь минимальное КПД 85%, а в лучшем случае может получиться и 90%.
Но именно 85% ты и укажешь в документации. А в рекламе напишешь "у нас КПД до 90%"

Сообщение отредактировал HardEgor - Aug 27 2013, 14:49

[AlexandrY]

Но именно 85% ты и укажешь в документации. А в рекламе напишешь "у нас КПД до 90%"

Тоже не факт, что худший КПД кому-то интересен кроме разработчика системы охлаждения.
Важнее величина наиболее вероятного КПД. И в какой-то степени доверительные интервалы.

[НЕХ]

про деградацию хорошо у Semikron расписано

[Tiro]

Не, ребята. Смотрите, на сколько я понимаю. надежность это гарантированное время до отказа, высчитаное исходя их имтерических ислледований на образцовую паритю, и это, - не то что я ищю.
Тоесть статьи про качество рассматривают колличественный показатель от выхода или сбоев на какоую то серию или партию.

Первое. Отказы бывают восстановимые и нет. В случае силового элемента отказ будет невосстановим, приведет к разрушению компонента.
Второе. Деградация кристалла будет всегда, но степень зависимости от факторов будет разная. В свое время на семинаре Advanced Power упорно спрашивал инженера про зависимость скорости деградации от температуры. Заявлено было примерно следующее: снижение температуры перехода на 6К увеличивает срок службы вдвое.
Третье. Заметного изменения электрических параметров не заметите, просто прибор будет становиться все более и более "хрупким". А потом сразу отказ.

[gte]

Заявлено было примерно следующее: снижение температуры перехода на 6К увеличивает срок службы вдвое.
Третье. Заметного изменения электрических параметров не заметите, просто прибор будет становиться все более и более "хрупким". А потом сразу отказ.

Какое то сомнительное обьяснение. Деградация от температуры у полупроводников должна сопровождаться изменением электрических параметров. Про "хрупкость" Вам тот инженер говорил?

[Tiro]

Какое то сомнительное обьяснение. Деградация от температуры у полупроводников должна сопровождаться изменением электрических параметров. Про "хрупкость" Вам тот инженер говорил?

Нет, сам пытал его зависимостью от температуры. Что слышал, то говорю. Каждые 5-6 градусов вверх снижают срок службы вдвое. Электрические параметры гарантируются при максимальных заявленных температурах в дейташите в течении срока службы, который, кстати, невелик.

Деградация от температуры у полупроводников должна сопровождаться изменением электрических параметров.

Хорошо, затвор МОСФЕТ насколько полупроводник? Какие электрические параметры Вы хотите проверить?

[AlexandrY]

про деградацию хорошо у Semikron расписано

На сайте Semikron ничего конкретного не нашел.
Но вот статейка от них довольно интересная.
Особенно там интересно утверждение, что увеличение потерь в следствии деградации это процесс с положительной обратной связью.
Значит очень быстрый.

Т.е. внешний наблюдатель либо вообще не видит плавного увеличения потерь за какое-то продолжительное время, например год.
Либо видит неожиданные выходы из строя.

. Что слышал, то говорю. Каждые 5-6 градусов вверх снижают срок службы вдвое. Электрические параметры гарантируются при максимальных заявленных температурах в дейташите в течении срока службы, который, кстати, невелик.

Ну вы бы ссылку которую дали выше на IXYS посмотрели бы.
Там формула дана, гадать не надо. Называется это acceleration factor.

[gte]

Нет, сам пытал его зависимостью от температуры. Что слышал, то говорю. Каждые 5-6 градусов вверх снижают срок службы вдвое.

Думаю, этот вопрос освещен, только не в той литературе. В литературе для технологов. Испытания всегда проводили при повышенной температуре и максимальных параметрах. Не ждать же 10 лет.
Но по опыту, правда советских времен, могу сказать, что производители по влиянию ниже предельных по какому то отдельному параметру могут ничего и не знать.
А те кто знает, из потребителей, не скажет.

Хорошо, затвор МОСФЕТ насколько полупроводник? Какие электрические параметры Вы хотите проверить?

На треть - "П", например, емкость.

[Tiro]

Но вот статейка от них довольно интересная.
Особенно там интересно утверждение, что увеличение потерь в следствии деградации это процесс с положительной обратной связью.
Значит очень быстрый.

В статье в основном про циклический процесс разогрева-охлаждения, тут даже сталь сломается, не то что кремний.. Но полупроводник и от электрики сломаться может.

Ну вы бы ссылку которую дали выше на IXYS посмотрели бы.

Вы бы еще цифры в таблицах посмотрели, AF = 1@125C и не парили мозг.

Думаю, этот вопрос освещен, только не в той литературе. В литературе для технологов. Испытания всегда проводили при повышенной температуре и максимальных параметрах. Не ждать же 10 лет.

Но по опыту, правда советских времен, могу сказать, что производители по влиянию ниже предельных по какому то отдельному параметру могут ничего и не знать.
А те кто знает, из потребителей, не скажет.

На треть - "П", например, емкость.

Ошибаетесь насчет технологов и испытаний, испытания проводятся на пределе для максимально достоверного числа измерений для параллельной выборки. И ждут тысячи часов, причем чаще всего безрезультатно (нет отказов ни одного из параллельно испытываемого элемента).
По емкости будьте уверены, что параметры элемента будут в рамках дейташита до отказа. По ним отказ не предсказать.

[gte]

По емкости будьте уверены, что параметры элемента будут в рамках дейташита до отказа. По ним отказ не предсказать.

Тогда это влияние не диффузии, а старения диэлектрика, для которого главный фактор напряженность - напряжение.
И влияние резко нелинейное. Можно посмотреть данные по схожим диэлектрикам или использовать при 0,7 от испытательного напряжения.

[Егоров]

Ошибаетесь насчет технологов и испытаний, испытания проводятся на пределе для максимально достоверного числа измерений для параллельной выборки. И ждут тысячи часов, причем чаще всего безрезультатно (нет отказов ни одного из параллельно испытываемого элемента).

Угу, подтверждаю. Однажды встряли в такие испытания. 5 лет в подвале стояла установка, ответственная дивчина раз в неделю спускалась, осматривала 1000 шт и заносила в журнал. По мере испытаний и ресурс нам изготовители расширяли поэтапно.

Но это компоненты. Сложные изделия могут и по-другому немного.
Сделали 10 самолетов и налетали они по 2000 час. Вот сходит серийный и ему назначают 1000часов. Кончились 1000часов, а те первые налетали уже 3000х10=30000 час совокупного ресурса. Появилась статистика мелких поломок. Значит серийному продляют до 3000тыс или даже больше. Так, несколько первых всегда "летят впереди", наматывая опытный ресурс для серии сзади. Начали ломаться первые - ограничения по ресурсу и для серии окончательно назначают. А модели бывают живучие. Некоторые по 30-50 лет в лету. Планеры живут, начинка модернизируется.

[PrSt]

Дело, как всегда, подходит к жестокому спору о терминологии.

Итак, что тогда вы называете отказом? Или наоборот, какие мнения о переводе термина Failure.

Мое мнение, что нет воздействующих факторов на параметры дивайса кроме тех, что перечислены в отчете IXYS по видам отказов.
А значит нет никакого практического старения в другом смысле чем у IXYS.

Я не буду настаивать на истенности именно моей трактовки терминологии, как я уже выше писал, ранее мне с этим не приходилось тесно сталкиваться, а по сему допускаю что где-то неверно выражаюсь, но с мысл думаю вы поняли.
А смысл в том, что, если к примеру есть значение наработки на отказ, то это не то что я ищу.
Мне нужно знать например как измениться емкость затвора, время открывания-закрывания, падение напряжения коллектор-эммитер и т д через к примеру 5 или 10 лет, то есть те самые величины которые можно просимулировать или попытаться воспроизвести на реальном устройстве.
При этом устройство должно быть также рабочим, но лишь с ушудшенными/улучшенными параметрами в целом. А так как это инвертор то это все прямолинейно отразится на эффективности.
Да, я прекрасно понимаю что это очень редкие данные, однако надеюсь что кто-то их встречал в силу опытности и большого кол-ва просмотренного материала.

[AlexandrY]

Вы бы еще цифры в таблицах посмотрели, AF = 1@125C и не парили мозг.

Цитировать надо точнее, уважаемый.
Там написано: Total Equivalent Device Hours @ 125°C {AF eq. (1)}

Это означает, что AF считали по формуле 1 а не то, что AF=1

А смысл в том, что, если к примеру есть значение наработки на отказ, то это не то что я ищу.

Искать, конечно можно.

Но мне приходит в голову такая аналогия:

Вот стреляют дробью, перед этим метко прицеливаются (оружие считаем пристреляно, "просимулировано").
Дробь разлетается, на нее воздействует непредсказуемый ветер, состояние воздуха и т.д. В цель попадает какой-то процент.
И стрелку говорят: чтобы лучше попадать есть такая нужная коррекция на старение дроби, ну дескать изменение ее веса вследствие распада изотопов свинца и все такое.
Смешно, да?

Хотя в маркетинговом плане звучало бы привлекательно - "дробь с предкоррекцией траектории учитывающей старение"

[gte]

Ошибаетесь насчет технологов и испытаний, испытания проводятся на пределе для максимально достоверного числа измерений для параллельной выборки. И ждут тысячи часов, причем чаще всего безрезультатно (нет отказов ни одного из параллельно испытываемого элемента).

Это противоречит тому, что я написал?

[shf_05]

Но это компоненты. Сложные изделия могут и по-другому немного.
Сделали 10 самолетов и налетали они по 2000 час. ....

а ведь 10*2000 и 1*20000 ведь результат разный будет? если например через 20тыс. часов что-то где-то разваливается из-за усталости металла, а на 2тыс. усталость металла никак себя не проявляет ни в одном образце. так же и транзистор, если за год работы из 1000 шт. сгорело 1 шт. , то через 10 лет из 100 шт. может и 50 сгорят.
У нас применяют эквивалент 1000 шт за год как 10 шт. за 100 лет при подсчете работы аппаратуры без ложных действий (не отказов).
пс- кстати в одной из пдф видел примерно такую фразу - материал хороший, но новый и неиспытанный, посмотрим что будет через 10 лет.
ПСПС - есть стандарты MIL по расчету и прогнозированию подобных "старений" и множество литературы, из любопытства посмотрите книгу mil-hdbk-338b и http://documentation.renesas.com/doc/produ...liabilityhb.pdf
ну и массу в гугле practical reliability handbook

[AlexandrY]

из любопытства посмотрите книгу http://documentation.renesas.com/doc/produ...liabilityhb.pdf

Кстати тоже показательно.
Смотрим на Bathtub Curve (U-кривая надежности) где начинается период повышения процента отказов из-за износа (старения).
И там сказано, что этот период не входит в гарантируемое производителем время работы.( значит и в отчеты не входит и никто дальше не экспериментирует).

А до этого периода кривая снижается!
Т.е. при правильно выбранном ресурсе ни о какой плавной деградации речи быть не может.
А если она обнаружена значит превышен ресурс детали и тут уже коррекции не помогут потому что все идет в разнос.

[shf_05]

вероятнее всего деградация происходит так - ПШШИК!
мощные npn транзисторы большой мощности советского пр-ва, вытащенные из коробочки отбраковываются моментально - или работает или горит за 5 минут, те, что не горят за 5 минут работают лет 5...10 уже.

[PrSt]

пс- кстати в одной из пдф видел примерно такую фразу - материал хороший, но новый и неиспытанный, посмотрим что будет через 10 лет.
ПСПС - есть стандарты MIL по расчету и прогнозированию подобных "старений" и множество литературы, из любопытства посмотрите книгу mil-hdbk-338b и http://documentation.renesas.com/doc/produ...liabilityhb.pdf
ну и массу в гугле practical reliability handbook

Во, вот это уще несколько ближе. На стр 115 нашел график степени диградации от кол-ва часов наработки, и как это влияет на смещение напряжения в MOS FET - "Figure 4.15 Supply Voltage (Drain Voltage) Dependency of Degradation"

[AlexandrY]

Во, вот это уще несколько ближе. На стр 115 нашел график степени диградации от кол-ва часов наработки, и как это влияет на смещение напряжения в MOS FET - "Figure 4.15 Supply Voltage (Drain Voltage) Dependency of Degradation"

Назвать это старением будет трудновато. Там же уже через час была критическая деградация.
Просто форсированный износ на запредельных напряжениях.
Применить фактор акселерации к этим результатам тоже невозможно.

[Tiro]

Цитировать надо точнее, уважаемый.
Там написано: Total Equivalent Device Hours @ 125°C {AF eq. (1)}

Это означает, что AF считали по формуле 1 а не то, что AF=1

Из любви к точности:

AF=exp{Ea*[(T2-T1)/(T2*T1)]/k} (1)

Ea: activation energy;
@ HTRB Ea = 1.0 eV
@ HTGB Ea = 0.4 eV

k: Boltzmann’s constant 8.6*10^-5 eV/K
T1: abs. application junction temperature (273+Tj) K
T2: abs. test junction temperature (273+Tj) K

При T1=T2 получите AF=1

Это противоречит тому, что я написал?

Технологи решают как сделать надежно из имеющихся компонентов, а не занимаются вопросами надежности. Возможно Вы имели в виду технологов полупроводников?

[Александр Козлов]

Старение полупроводниковых структур науке неизвестно.
Вот если мгновенная мощность на транзисторах слишком большая, то можно ожидать полных отказов транзистора или части структуры (ухудшение параметров). Если транзисторы применены корректно, то вопрос просто не возникнет.

[x-men]

Старение полупроводниковых структур науке неизвестно.
Вот если мгновенная мощность на транзисторах слишком большая, то можно ожидать полных отказов транзистора или части структуры (ухудшение параметров). Если транзисторы применены корректно, то вопрос просто не возникнет.

Процесс диффузии никто не отменял и он в какой то мере имеет место. + хоть и не космос, но какая то доля облучения может в незначительно мере влиять.
Долгоременная стабильность один из самых малоизученных параметров, потому что требует время для определения. А сейчас же все побыстренькому: время - деньги. Мало стало например ОУ для которых указывается временной дрейф смещения и т.п.

[In_an_im_di]

Старение полупроводниковых структур науке неизвестно.

Вас просто этому не учили. Наука тут непричём.

Тема старения и деградации пп структур настолько обширна, что даже примеры приводить как-то смысла нет.

[gte]

Возможно Вы имели в виду технологов полупроводников?

Да.

[SmartRed]

Лет 10 назад приезжал к нам в Энск супостат из Epcos с семинаром.
Показывал он нам презентацию, было там и о деградации силовых приборов.
Основной воздействующий фактор - термоциклы!

Под действием термоциклов разрушается сам кристалл, а также кристалл отваливается от основания.
Причем второе наступает в 10 раз быстрее первого у приборов на медном основании с изоляцией из оксида алюминия.

Выпустив приборы на основании из AlSiC с изоляцией из нитрида алюминия они в 5 раз улучшили устойчивость модуля к термоциклам.

Самих цифр тогда к сожалению раздобыть не удалость. [censored] отказался делиться информацией

Сообщение отредактировал Herz - Sep 7 2013, 19:23

[khach]

Старение полупроводниковых структур науке неизвестно.

Расскажите это тому, кто занимается полупроводниковыми лазерами- будет лучшая шутка сезона. Стареют, иногда прямо на глазах. Конечно, в транзисторах далеко не лазерные плотности мощностей, но тоже стареют. Например и собственного опыта- рост времени выключения IGBT транзисторов по сравнени с паспортным. Выяснилось при промере уцелевшей пары в установке индукционного нагрева. Притом запасной транзистор, пролежавший в шкафу 10 лет, не сдеградировал. Что именно деградировало в структуре - сказать невозможно, вторая пара тоже потом взорвалась. Ну и это от технологии IGBT должно зависить- разные поколения будут деградировать по-разному в силу различной конструкции ПП структуры.
PS. Описанное произошло с семикроновкимим модулями 123 серии после 12 лет эксплуатации в условиях достаточно тяжелых режимов, но старт-стоп были плавными, т.е катастрофических термоударов скорее всего небыло.