3300V-400A SiC混合模塊設(shè)計(jì)與熱應(yīng)力仿真研究.pdf

1、分類號(hào)UDC密級(jí)公開(kāi)學(xué)號(hào)2140320081碩士學(xué)位論文碩士學(xué)位論文3300V400ASiC混合模塊設(shè)計(jì)與熱應(yīng)力仿真研究混合模塊設(shè)計(jì)與熱應(yīng)力仿真研究王志慧王志慧學(xué)科門類：類：工學(xué)學(xué)科名稱：稱：微電子學(xué)與固體電子學(xué)微電子學(xué)與固體電子學(xué)指導(dǎo)教師：師：蒲紅斌蒲紅斌教授教授申請(qǐng)日期：期：2017年6月摘要I論文題目：論文題目：3300V400ASiC混合模塊設(shè)計(jì)與熱應(yīng)力仿真研究混合模塊設(shè)計(jì)與熱應(yīng)力仿真研究學(xué)科名稱：微電子學(xué)與固體電子學(xué)學(xué)科名稱：

2、微電子學(xué)與固體電子學(xué)研究生：王志慧生：王志慧簽名：名：指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：蒲紅斌蒲紅斌教授教授簽名：名：摘要作為各種裝置核心的電力電子器件，在提高能源利用率方面扮演著重要角色。IGBT模塊作為主要的開(kāi)關(guān)器件起著重要作用。針對(duì)傳統(tǒng)全硅功率模塊不足，用SiC二極管代替SiFRD（硅快恢復(fù)二極管）形成的混合模塊能夠有效降低功耗，提高開(kāi)關(guān)速度。隨著電壓等級(jí)和電流容量的不斷提高，模塊散熱不良、熱應(yīng)力過(guò)高及其分布不均等已成為亟待解決的問(wèn)題。為此，本

3、文采用有限元方法，對(duì)3300V400ASiC混合模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)和熱應(yīng)力分析。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：1.完成了3300V400ASiC混合模塊的設(shè)計(jì)。選用8個(gè)3300V50ASiIGBT和8個(gè)3300V50ASiCJBS芯片對(duì)3300V400ASiC混合模塊的DBC板進(jìn)行了布局設(shè)計(jì)；對(duì)混合模塊縱向結(jié)構(gòu)（芯片DBC基板）的DBC、基板及焊料進(jìn)行了分析和初步設(shè)計(jì)。2.對(duì)混合模塊進(jìn)行了熱性能分析，初步優(yōu)化了混合模塊縱向結(jié)構(gòu)的各層材料和厚度。針對(duì)

4、大量模塊中存在的熱失效問(wèn)題，從熱學(xué)設(shè)計(jì)管理入手，建立了混合模塊的三維模型，進(jìn)行有限元仿真，模擬了溫度場(chǎng)分布；對(duì)影響模塊熱場(chǎng)的基板、襯板、焊料層的材料和厚度等因素進(jìn)行對(duì)比研究，總結(jié)了變化規(guī)律；采用8mm厚的Cu材料為基板、2.5mm厚的SiC材料為襯板、0.1mm厚的納米銀漿為焊料層的優(yōu)化參數(shù)，混合模塊散熱能力可提高35.1%。3.對(duì)混合模塊進(jìn)行熱應(yīng)力仿真，進(jìn)一步優(yōu)化了混合模塊縱向結(jié)構(gòu)各層材料和厚度。針對(duì)模塊中存在的大量可靠性問(wèn)題，以熱分

5、析為基礎(chǔ)，進(jìn)行熱應(yīng)力耦合分析，很好地模擬熱應(yīng)力場(chǎng)的分布；對(duì)影響混合模塊熱應(yīng)力場(chǎng)的基板、襯板、焊料層的材料和厚度等因素進(jìn)行對(duì)比研究，總結(jié)了影響規(guī)律；綜合溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分析，確定混合模塊的最優(yōu)設(shè)計(jì)：5mm厚的AlSiC材料為基板，1mm厚的AlN材料為襯板，0.1mm厚的納米銀漿為焊料層，優(yōu)化后的混合模塊整體熱應(yīng)力降低18.1%。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：SiC混合模塊；有限元；熱分析；熱應(yīng)力本研究得到西安市產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新計(jì)劃（技術(shù)轉(zhuǎn)移專題）“大功率