智能功率模塊封裝熱設(shè)計(jì).pdf

1、智能功率模塊（Intelligent Power Module，簡(jiǎn)稱IPM）具有高集成度、高電流密度、高耐壓及高開(kāi)關(guān)頻率等特點(diǎn)，已經(jīng)逐步在新能源交通、工業(yè)控制及智能家電等領(lǐng)域中逐步得到應(yīng)用。然而，與傳統(tǒng)功率模塊相比，智能功率模塊體積小、結(jié)構(gòu)緊湊及含有的功率器件多等特點(diǎn)，導(dǎo)致其功率密度更大，局部發(fā)熱也更嚴(yán)重，由過(guò)熱導(dǎo)致的失效問(wèn)題已經(jīng)成為智能功率模塊發(fā)展的瓶頸之一，因此迫切需要對(duì)其封裝熱設(shè)計(jì)展開(kāi)深入研究，這對(duì)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(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)了精確的熱阻測(cè)試。隨后，通過(guò)ANSYS熱仿真平臺(tái)，從結(jié)構(gòu)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(gè)方面對(duì)智能功率模塊進(jìn)行了散熱和熱應(yīng)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(yīng)力會(huì)明顯減小;通過(guò)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(guò)熱問(wèn)題;且隨著焊料層

3、厚度的增加，功率芯片的結(jié)溫會(huì)升高，而焊料層的等效應(yīng)力總體呈上升趨勢(shì);塑封殼的尺寸對(duì)模塊的散熱和熱應(yīng)力影響不大。通過(guò)對(duì)智能功率模塊散熱和熱應(yīng)力的研究，進(jìn)一步提出了智能功率模塊的熱設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。驗(yàn)證結(jié)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(shí)的結(jié)溫降低了19.5％，焊料層和芯片的等效應(yīng)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(duì)模塊的熱阻測(cè)試和仿真研究為智能功率模塊的