功率mosfet退化建模及寿命预测方法研究

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1、国内图书分类号：TB114学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文功率MOSFET退化建模及寿命预测方法研究硕士研究生：陈世杰导师：翟国富教授申请学位：工程硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2013年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB114U.D.C:621.3DissertationfortheDegreeofMasterinEngineeringRESEARCHOFDEGRADATIONMODELANDLIFETIMEPROGNOSISMETHODFORPOWE

2、RMOSFETCandidate：ChenShijieSupervisor：Prof.ZhaiGuofuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ElectricalEngineeringAffiliation：SchoolofElectricalEngineeringDateofDefence：July,2013Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要功率MOSFET是电路与电子系

3、统中不可或缺的关键元器件。统计数据表明，功率MOSFET是系统中失效率最高的部件。而整个寿命周期以性能退化失效为主。因此，本文以退化数据为基础，建立功率MOSFET受外部环境应力和时间影响的退化模型，通过该模型预测寿命。另外，提出基于支持向量机的功率MOSFET剩余寿命预测方法。整个研究思路对电子元器件的可靠性评估有重要的理论意义和实用价值。本文首先对功率MOSFET主要失效模式与失效机理进行分析。通过失效物理模型和实际试验确定阈值电压、沟道电阻为其退化过程中敏感参数。提出了功率MOSFET退化建模、寿命预测方法及可靠性评价的总体研究方案。对功率MOSF

4、ET敏感参数退化建模，设计温度、电压、电流三种应力条件的加速退化试验，并研究基于小波分析和平稳时间序列分析的数据趋势项提取方法，求解各参数温度条件归一化公式。分别建立阈值电压和沟道电阻的环境应力退化模型。对模型精度检验及实际数据检验的结果表明，模型的精度在可接受的范围内。采用求得的模型对某条件下功率MOSFET寿命进行预测。并采用支持向量机的方法，以退化数据为基础对剩余寿命进行预测。预测结果表明，相同条件下支持向量机预测结果精度较高。而模型预测法适用于以外部应力作为输入量的可靠性设计中，支持向量机预测法适用于特定条件的功率MOSFET剩余寿命预测。采用基

5、于随机过程的正态分布思想，推导某环境条件下功率MOSFET寿命分布，并得到可靠度及中位寿命等可靠性指标。研制功率MOSFET可靠性测试系统。系统硬件包括退化电路、信号调理电路、测试电路、控制电路等。系统软件采用VC++与Matlab混合编程的方式实现系统实验过程的控制、敏感特性参数的定时监测、性能退化建模以及寿命预测等功能。关键词：功率MOSFET；性能退化；寿命预测；可靠性-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractPowerMOSFETiskeycomponentofthecircuitsandelectronicsystems.Accord

6、ingtostatisticaldata,PowerMOSFETsareofgreatfailurerateofall.Degradationisregardedasthemainmethodaroundtheliefetime.Inthispaper,webuildthePowerMOSFETdegradationmodelinfluencedbymultipleenvironmentalstressandtimeaccordingtothedegradationdata,thenpredictlifetimebythemodel.Atthesamet

7、ime,supportvectormachineisusedtopredicttheremainingusefullifeofpowerMOSFET.Thewholeresearchhastheoreticalsignificanceandpracticalvalue.FailuremodeandfailuremechanismanalysisofpowerMOSFETarefinishedfirst.Thresholdvoltageandchannelresistanceareprovedassensitiveparametersbyfailureph

8、ysicsmodelandtest.PowerMOSFETdegradation