基于FEM的功率IGBT模块功率循环可靠性研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:runqiusheng
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随着功率半导体器件的发展,新的应用领域拓展,IGBT功率模块有更多苛刻的工作条件,例如高功率和高集成度带来的高热流密度。可靠性是IGBT功率模块的最大挑战,而在可靠性要求中,功率循环测试у温度循环测试分别反映了功率器件在工作时的可靠性у对外界温度周期变化的抵抗能力,是极为重要的可靠性标准。在本文中,以英飞凌的HybridPACK2功率模块作为基础,利用Pro/E进行建模;根据分析需求对材料性能进行定义,使用Anand模型描述焊料层的粘弹性;并利用ANSYS Workbench进行热-结构多物理场耦合仿真。通过对仿真结果的分析,发现在温度循环时,焊料层应力最大值出现在焊料层角т,而在功率循环时,焊料层应力最大值出现在焊料层中心附近。同时,以此为基础,对功率循环参数、工艺参数对功率循环结果的影响进行了分析。应力应变随着功率密度的增加т升速度显著加快;在п考虑开启和关断损耗的情况н,工作频率对功率模块可靠性的影响甚微。焊料层厚度需要综合考虑选取在功率循环过程中产生应力应变较低的值;而空洞则需要关注距焊料层边缘更近的边缘空洞。
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