在散熱器上安裝的IGBT 模塊并非密封設(shè)計(jì)，盡管芯片上方有一層硅膠，但是水汽仍然可以通過(guò)外殼間隙以及硅膠進(jìn)入器件芯片內(nèi)部。因此，器件在使用和存儲(chǔ)過(guò)程中，必須避免濕氣或者腐蝕性氣體。

目前大多數(shù)IGBT 模塊允許工作的溫濕度以及氣候條件遵循IEC60721-3-3規(guī)定,為使客戶更加了解IGBT 的使用環(huán)境條件，本文主要介紹溫度以及濕度運(yùn)行條件。

IEC 60721-3-3標(biāo)準(zhǔn)把氣候條件分成5類:

3K20:溫度濕度連續(xù)可控，而且經(jīng)常有人維護(hù)，比如用于室內(nèi)產(chǎn)品。

3K21:溫度可控，濕度不連續(xù)可控。 比如機(jī)房，數(shù)據(jù)中心等。

3K22: 溫度可控，濕度不可控。

3K23:溫度濕度都不可控，可能會(huì)結(jié)冰。

3K24:溫度濕度都不可控，直接暴露在空氣中。

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的詳細(xì)工作條件如下表所示。在工業(yè)變頻器應(yīng)用中，功率半導(dǎo)體器件允許工作的環(huán)境條件如3K22 這列所描述，器件的所有可靠性測(cè)試也基本按照這個(gè)條件定義并確定測(cè)試規(guī)范。

從上表可以看出，除了溫度和壓力之外，3K22還規(guī)定了相對(duì)濕度（相對(duì)濕度等于實(shí)際水汽含量相比于同溫度下飽和水汽量）允許范圍是5%-85%，而且不允許有凝露，此外絕對(duì)濕度最高值為25g/m3。根據(jù)熱力學(xué)原理，因?yàn)榻^對(duì)濕度不變，即空氣含有水蒸氣的量不變，溫度上升意味著空氣含水蒸汽的飽和量加大了，而實(shí)際含水蒸汽的量并沒(méi)有發(fā)生變化，這樣實(shí)際含水蒸汽的量占飽和量的比例就縮小了，所以相對(duì)濕度減小。 相反，如果溫度下降意味著空氣含有水蒸氣的飽和量變小了，而實(shí)際含水蒸汽的量沒(méi)有變化，這樣實(shí)際含水蒸汽的量占飽和量的比例就加大了，相對(duì)濕度就上升了。因此為了避免凝露，需要根據(jù)柜體外部的溫度適當(dāng)調(diào)整柜內(nèi)溫度。

下面結(jié)合溫度，相對(duì)濕度，絕對(duì)濕度圖來(lái)說(shuō)明具體的工作條件變化。圖中橫軸為溫度，縱軸為相對(duì)濕度，斜線是絕對(duì)濕度，從右到左絕對(duì)濕度逐漸減小（Cabs=1 表示絕對(duì)濕度為1 g/m3，Cabs=2 表示絕對(duì)濕度為2 g/m3，以此類推Cabs=25 表示絕對(duì)濕度為25 g/m3）。3K22 的工作范圍如圖中紅色數(shù)字1-2-3-4-5-1曲線所包圍的區(qū)域。

1點(diǎn)畫(huà)虛線表示絕對(duì)濕度25g/m3

2對(duì)應(yīng)溫度40度不變的曲線

3包括絕對(duì)濕度1g/m3和相對(duì)濕度5%相交的包絡(luò)線（更詳細(xì)的可以參照IEC 60721-3-3 圖B.1）

4溫度為5度不變的曲線

5表示最高相對(duì)濕度85%。

假設(shè)IGBT 工作的變頻柜大氣條件如圖中藍(lán)色方塊所示（絕對(duì)濕度8-25 g/m3，相對(duì)濕度最高85%，溫度12-33度）。 根據(jù)熱力學(xué)定律，對(duì)于體積一定的密閉空氣，當(dāng)絕對(duì)濕度不變，溫度變化時(shí)，可以依據(jù)下面的公式計(jì)算溫度增加后對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度。

其中T3k22, rH3k22是標(biāo)準(zhǔn)3K22給出的溫度以及對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度

Teff是考慮自加熱后的器件溫度， rHeff為該溫度下計(jì)算后對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度

W，KB是常數(shù)

依據(jù)上面的公式，當(dāng)該設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，溫度升高10度，絕對(duì)濕度保持不變，因此其工作條件就變?yōu)閳D中橙色的范圍，從中可以看出，相對(duì)最高濕度從85%有減小到50%，而且相對(duì)濕度的范圍也相應(yīng)減小。如果溫升為20度，相對(duì)濕度會(huì)進(jìn)一步減小到30%，因此隨著溫度的提高相對(duì)濕度會(huì)顯著下降。

結(jié)論

1.盡管IGBT期望的相對(duì)濕度在5%-85%， 但是由于在實(shí)際工作中功率半導(dǎo)體會(huì)發(fā)熱，因此溫度會(huì)上升，而絕對(duì)濕度是不變的，溫度上升會(huì)導(dǎo)致相對(duì)濕度減小。

2.假設(shè)半導(dǎo)體器件在濕度比較高的環(huán)境條件下長(zhǎng)時(shí)間放置，為減少凝露確保器件正常運(yùn)行，在使用前建議采用適當(dāng)?shù)募訜岽胧岣邷囟龋档拖鄬?duì)濕度。