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文檔簡介
1、分類號UDC密級公開學號2140320081碩士學位論文碩士學位論文3300V400ASiC混合模塊設計與熱應力仿真研究混合模塊設計與熱應力仿真研究王志慧王志慧學科門類:類:工學學科名稱:稱:微電子學與固體電子學微電子學與固體電子學指導教師:師:蒲紅斌蒲紅斌教授教授申請日期:期:2017年6月摘要I論文題目:論文題目:3300V400ASiC混合模塊設計與熱應力仿真研究混合模塊設計與熱應力仿真研究學科名稱:微電子學與固體電子學學科名稱:
2、微電子學與固體電子學研究生:王志慧生:王志慧簽名:名:指導教師:指導教師: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模塊作為主要的開關器件起著重要作用。針對傳統(tǒng)全硅功率模塊不足,用SiC二極管代替SiFRD(硅快恢復二極管)形成的混合模塊能夠有效降低功耗,提高開關速度。隨著電壓等級和電流容量的不斷提高,模塊散熱不良、熱應力過高及其分布不均等已成為亟待解決的問題。為此,本
3、文采用有限元方法,對3300V400ASiC混合模塊進行設計和熱應力分析。主要研究內(nèi)容和結論如下:1.完成了3300V400ASiC混合模塊的設計。選用8個3300V50ASiIGBT和8個3300V50ASiCJBS芯片對3300V400ASiC混合模塊的DBC板進行了布局設計;對混合模塊縱向結構(芯片DBC基板)的DBC、基板及焊料進行了分析和初步設計。2.對混合模塊進行了熱性能分析,初步優(yōu)化了混合模塊縱向結構的各層材料和厚度。針對
4、大量模塊中存在的熱失效問題,從熱學設計管理入手,建立了混合模塊的三維模型,進行有限元仿真,模擬了溫度場分布;對影響模塊熱場的基板、襯板、焊料層的材料和厚度等因素進行對比研究,總結了變化規(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.對混合模塊進行熱應力仿真,進一步優(yōu)化了混合模塊縱向結構各層材料和厚度。針對模塊中存在的大量可靠性問題,以熱分
5、析為基礎,進行熱應力耦合分析,很好地模擬熱應力場的分布;對影響混合模塊熱應力場的基板、襯板、焊料層的材料和厚度等因素進行對比研究,總結了影響規(guī)律;綜合溫度場和應力場分析,確定混合模塊的最優(yōu)設計: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力降低18.1%。關鍵詞:關鍵詞:SiC混合模塊;有限元;熱分析;熱應力本研究得到西安市產(chǎn)學研協(xié)同創(chuàng)新計劃(技術轉(zhuǎn)移專題)“大功率
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