智能功率模塊封裝熱設計.pdf

1、智能功率模塊（Intelligent Power Module，簡稱IPM）具有高集成度、高電流密度、高耐壓及高開關頻率等特點，已經逐步在新能源交通、工業(yè)控制及智能家電等領域中逐步得到應用。然而，與傳統(tǒng)功率模塊相比，智能功率模塊體積小、結構緊湊及含有的功率器件多等特點，導致其功率密度更大，局部發(fā)熱也更嚴重，由過熱導致的失效問題已經成為智能功率模塊發(fā)展的瓶頸之一，因此迫切需要對其封裝熱設計展開深入研究，這對提高智能功率模塊的熱可靠性具有重

2、要意義。
　　本文基于Fairchild公司的智能功率模塊(FSB50550A)，研究了模塊熱阻測試方法，實現(xiàn)了精確的熱阻測試。隨后，通過ANSYS熱仿真平臺，從結構和材料入手，分別就模塊的基底、引線框架、焊料層及塑封殼四個方面對智能功率模塊進行了散熱和熱應力仿真研究。研究表明，采用一定尺寸的陶瓷基板能使熱阻降低80％以上，焊料層和芯片上等效應力會明顯減小;通過改變部分引線框架縱向尺寸能有效降低熱阻和減小局部過熱問題;且隨著焊料層

3、厚度的增加，功率芯片的結溫會升高，而焊料層的等效應力總體呈上升趨勢;塑封殼的尺寸對模塊的散熱和熱應力影響不大。通過對智能功率模塊散熱和熱應力的研究，進一步提出了智能功率模塊的熱設計優(yōu)化方案。驗證結果表明，與原智能功率模塊相比，其熱阻降低了80.1％，正常工作時的結溫降低了19.5％，焊料層和芯片的等效應力分別為1.48×108 Pa和1.93×108 Pa，分別降低了69.5％和80.6％。本文對模塊的熱阻測試和仿真研究為智能功率模塊的