阅读博士论文《功率IGBT模块健康状态监测方法研究》

IGBT的失效可以分为芯片级失效和封装级失效。其中封装级失效是IGBT模块老化的主要原因，是多种因素共同作用的结果。在DBC的这种结构中，流过芯片的负载电流通过键合线传导到 DBC上层铜箔，再经过端子流出模块。DBC与芯片和提供机械支撑的基板之间通过焊料连接起来。IGBT模块工作时，各层材料的热膨胀系数不一致，在高温环境下，会使得模块承受比较大的热应力，降低模块的可靠性。

(1)基于准阈值电压的IGBT模块结温检测，通过推到阈值电压的数学模型，当门级电压非常接近阈值电压Vth时，发射级电流迅速增大，导致感应电流也很大，得出以下数学公公式

其中，Req的值非常小，VeE受电流变化率的影响，为恒定的值，则有Vth受温度影响，并且其变化与温度成反比。但是这种检测结温方法，难以实现，因为阈值电压的大小与多种条件耦合在一起，文章只是提出阈值电压受温度的影响这个条件，并同时分析了受键合线缺陷、温度、负载电流的影响程度，并没有说明解耦办法。

(2) 基于模块跨导的IGBT模块键合线缺陷监测，文章首先提出，跨导的增量与两个因素有关，键合线缺陷和温度变化。但是当变换器处于非工作状态且模块结温达到稳态时，可以认为模块结温与壳温相同。由于键合线缺陷同样也会引起温度的变化，这也会对跨到的测量造成影响。文章提出一个最大温度的限制，也就是在这个最大温度变化量之内完成跨导检测，就可以排除温度的影响。与此同时，利用模块跨导监测键合线缺陷时，若模块跨导随着键合线缺陷变化地越明显， 则越有利于识别键合线缺陷的程度。这就希望模块工作在比较大的集电流状态下，同时还要工作在有源区，文章为此提出了安全工作区的概念。

文章根据支路跨导变化的检测方法，通过数学推导得到之路跨导的数学模型

这其中参数A表征芯片的物理参数和结构尺寸，不随模块老化而改变。在确定的集电极电流ic和参数A，模块跨导gm只与表征键合线缺陷的电阻R相关。
(3)文章最后提出一种基于门极电荷的检测方法，但只能用于检测多芯片的键合缺陷，对单芯片的键合线缺陷不敏感。大致原理是分析由于键合线的缺陷会导致门级输入电容的变化，进而影响门级电流对输入电容的总充电电荷。根据以下公式

这其中的积分项就是对门级的充电电荷，键合线的缺陷会影响到变量n，使得充电总量发生变化，就有以下公式。

文章进一步分析，电阻的变化量非常小，就可以忽略后面一项，最后简化上面公式。文章提出一种检测电路，通过实验验证了电路的可行性，最后在实验的基础上，提出该种检测方法不会受到温度、集电极电流、集电极电压的影响。但是文章称该种方法是无侵入式的多少有点不合适，只不过是把检测电路集成到驱动电路里面。