本文關(guān)鍵詞：智能功率模塊可靠性的有限元仿真研究

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【摘要】：隨著半導(dǎo)體科技的不斷進(jìn)步,一種新型的功率器件——智能功率模塊(Intelligent Power Module)正在被人們廣泛的接受和應(yīng)用。智能功率模塊與傳統(tǒng)功率模塊相比,引入了保護(hù)電路,將低壓關(guān)斷,短路保護(hù)等控制芯片與IGBT芯片封裝在一起,有效提高了模塊的可靠性。本文以Fairchild公司的新型智能功率模塊FSBB30CH60F為研究對(duì)象,使用ANSYS Workbench有限元仿真軟件進(jìn)行多物理場(chǎng)耦合仿真。對(duì)于材料的選擇充分考慮實(shí)際情況和仿真需求。對(duì)于焊料層,選用Anand模型描述其粘彈性,參考JEDEC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行熱-應(yīng)力的耦合功率循環(huán)仿真。對(duì)于載荷參數(shù),模塊結(jié)溫和等效應(yīng)力隨耗散功率的增加而升高,最大應(yīng)力出現(xiàn)在芯片邊角處。而循環(huán)周期對(duì)模塊結(jié)溫和應(yīng)力的影響較小,在相同的仿真時(shí)間內(nèi),塑性應(yīng)變則隨循環(huán)周期的減小而增加。應(yīng)變能也和循環(huán)周期呈較為明顯的反向相關(guān)關(guān)系。對(duì)于工藝參數(shù),焊料層厚度對(duì)模塊熱-機(jī)械性能的影響是多方面的,焊料的熱導(dǎo)率較低,較厚的焊料層會(huì)導(dǎo)致芯片結(jié)溫上升,降低芯片可靠性,而厚的焊料層卻可以提供較大的應(yīng)變范圍,降低芯片和焊料結(jié)合面的應(yīng)力集中。陶瓷材料的選擇主要在于其物理性能的差異。焊料層空洞對(duì)可靠性的影響主要是增加的接觸熱阻,芯片結(jié)溫升高,特殊的空洞位置易造成應(yīng)力集中,總之,空洞是應(yīng)該極力避免出現(xiàn)的。
【關(guān)鍵詞】：智能功率模塊 有限元 功率循環(huán) 可靠性
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB115;TN405
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-27
• 1.1 功率半導(dǎo)體器件概述11-14
• 1.2 智能功率模塊（IPM）的應(yīng)用和發(fā)展方向14-19
• 1.2.1 IPM工作原理14-15
• 1.2.2 IPM模塊封裝15-19
• 1.2.3 IPM的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)19
• 1.3 半導(dǎo)體器件可靠性19-23
• 1.3.1 電子設(shè)備可靠性19-20
• 1.3.2 功率電子器件失效因素20-22
• 1.3.3 IPM的常見失效形式22-23
• 1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀23-25
• 1.5 課題研究的目的和意義25-27
• 第二章 智能功率模塊的有限元分析27-43
• 2.1 有限元模型建立及網(wǎng)格劃分27-34
• 2.1.1 有限元仿真簡(jiǎn)介27
• 2.1.2 有限元模型的建立和網(wǎng)格劃分27-34
• 2.2 材料物理參數(shù)34-37
• 2.3 多物理場(chǎng)耦合分析37
• 2.4 功率循環(huán)測(cè)試仿真37-41
• 2.5 本章小結(jié)41-43
• 第三章 載荷參數(shù)對(duì)功率循環(huán)的影響43-53
• 3.1 芯片加載功率對(duì)功率循環(huán)的影響44-49
• 3.2 循環(huán)周期對(duì)功率循環(huán)的影響49-52
• 3.3 本章小結(jié)52-53
• 第四章 工藝參數(shù)對(duì)功率循環(huán)的影響53-74
• 4.1 焊料層厚度對(duì)功率循環(huán)的影響53-57
• 4.2 陶瓷基板材料對(duì)功率循環(huán)的影響57-63
• 4.3 焊料層空洞對(duì)功率循環(huán)的影響63-71
• 4.3.1 不同空洞率63-67
• 4.3.2 不同空洞位置67-68
• 4.3.3 不同空洞數(shù)量68-71
• 4.4 本章小結(jié)71-74
• 第五章 全文總結(jié)及展望74-77
• 5.1 全文總結(jié)74-76
• 5.2 研究展望76-77
• 參考文獻(xiàn)77-86
• 致謝86-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文88

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;結(jié)溫老化[J];半導(dǎo)體技術(shù);1978年03期

2 高光渤;峰值結(jié)溫篩選與節(jié)能[J];節(jié)能技術(shù);1984年02期

3 陳明;胡安;唐勇;汪波;;絕緣柵雙極型晶體管脈沖工作時(shí)結(jié)溫特性及溫度分布研究[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2012年04期

4 王惠艷;;晶閘管結(jié)溫過高跳閘分析[J];高壓電器;2010年10期

5 俞慶生;夏勛力;劉銳均;;大功率LED照明燈具的器件結(jié)溫估算方法[J];中國照明電器;2011年09期

6 張永生;;直流傳動(dòng)變流器設(shè)計(jì)中的晶閘管結(jié)溫核算[J];西安理工大學(xué)學(xué)報(bào);1982年01期

7 楊敏杰;張偉;;兩種旁路二極管結(jié)溫測(cè)試方法的分析與比較[J];科技創(chuàng)新與應(yīng)用;2013年20期

8 俞安琪;;LED照明產(chǎn)品檢測(cè)方法的缺陷和改善的對(duì)策[J];中國科技財(cái)富;2010年15期

9 李松麗;張俊;;兩種旁路二極管結(jié)溫測(cè)試方法的分析與比較[J];上海計(jì)量測(cè)試;2013年01期

10 洪汝渝;;硅二極管的極限結(jié)溫與本征溫度[J];渝州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1990年04期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 童家?guī)X;邵妍;李曉春;毛軍發(fā);;基于場(chǎng)路等效的三維封裝熱模型與熱分析[A];2011年全國微波毫米波會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];2011年

2 郭偉玲;王曉明;陳建新;鄒德恕;沈光地;;LED結(jié)溫的測(cè)量方法研究[A];海峽兩岸第十四屆照明科技與營銷研討會(huì)專題報(bào)告暨論文集[C];2007年

3 慕建偉;滕飛;李開祥;宿天賦;李志;;LED結(jié)溫及其計(jì)算方法[A];第二十七屆中國（天津）2013IT、網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)、電子、儀器儀表創(chuàng)新學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2013年

4 張志堅(jiān);;熱阻法在IPM模塊結(jié)溫測(cè)試中的應(yīng)用[A];《IT時(shí)代周刊》論文專版（第300期）[C];2014年

5 賈穎;李逗;曾晨暉;梁偉;曹紅;;控制結(jié)溫的功率晶體管穩(wěn)態(tài)工作壽命試驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)[A];第十一屆全國可靠性物理學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C];2005年

6 吳軍科;周雒維;孫鵬菊;杜雄;;功率變流器中IGBT模塊的結(jié)溫管理策略研究[A];第七屆中國高校電力電子與電力傳動(dòng)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

7 毛德豐;郭偉玲;賈學(xué)姣;張勇輝;高國;沈光地;;功率LED熱學(xué)特性研究[A];海峽兩岸第十五屆照明科技與營銷研討會(huì)專題報(bào)告暨論文集[C];2008年

8 張德駿;曹紅;苗慶海;王家儉;張興華;楊志偉;滿昌峰;;控剖晶體管結(jié)溫的穩(wěn)態(tài)工作壽命試驗(yàn)方法[A];中國電子學(xué)會(huì)可靠性分會(huì)第十屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2000年

9 毛德豐;郭偉玲;高國;沈光地;;功率LED電壓與溫度關(guān)系研究[A];中國照明論壇——城市照明節(jié)能規(guī)劃、設(shè)計(jì)與和諧發(fā)展科技研討會(huì)專題報(bào)告文集[C];2009年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 何山嵩 廣東;LED的壽命預(yù)測(cè)[N];電子報(bào);2010年

2 上海力茲照明電氣有限公司 汪鋼 趙正之;LED燈條燈泡結(jié)溫的測(cè)量[N];消費(fèi)日?qǐng)?bào);2014年

3 國家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(上海) 國家燈具質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 上海時(shí)代之光照明電器檢測(cè)有限公司 俞安琪;LED照明產(chǎn)品檢測(cè)方法中的缺陷及改善的對(duì)策(之二)[N];消費(fèi)日?qǐng)?bào);2012年

4 國家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(上海) 國家燈具質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 上海時(shí)代之光照明電器檢測(cè)有限公司 俞安琪;LED照明產(chǎn)品檢測(cè)方法中的缺陷及改善的對(duì)策(之四)[N];消費(fèi)日?qǐng)?bào);2012年

5 國家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(上海) 國家燈具質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 上海時(shí)代之光照明電器檢測(cè)有限公司 俞安琪;LED照明產(chǎn)品檢測(cè)方法中的缺陷及改善的對(duì)策(之三)[N];消費(fèi)日?qǐng)?bào);2012年

6 杭州浙大三色儀器有限公司董事長(zhǎng) 牟同升;LED檢測(cè)：滿足產(chǎn)品需求 新應(yīng)用領(lǐng)域有差距[N];中國電子報(bào);2007年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 吳軍科;非平穩(wěn)工況變流器IGBT模塊結(jié)溫平滑控制研究[D];重慶大學(xué);2015年

2 陳全;大功率LED結(jié)溫測(cè)試及其在封裝熱管理中的應(yīng)用研究[D];華中科技大學(xué);2012年

3 張晶晶;大功率白光LED陣列結(jié)溫光譜檢測(cè)技術(shù)的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（上海技術(shù)物理研究所）;2014年

4 劉木清;照明用LED光效的熱特性及其測(cè)試與評(píng)價(jià)方法的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2009年

5 張芹;大功率LED模塊溫度濕度加速壽命試驗(yàn)研究[D];華中科技大學(xué);2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 田坤淼;基于混合法的LED燈具結(jié)溫表征及快速壽命預(yù)測(cè)研究[D];桂林電子科技大學(xué);2015年

2 孔亞楠;大功率LED結(jié)溫預(yù)測(cè)模型的研究[D];燕山大學(xué);2015年

3 王勇;智能功率模塊可靠性的有限元仿真研究[D];上海交通大學(xué);2015年

4 李高顯;風(fēng)電變流器中功率半導(dǎo)體器件可靠性評(píng)估及其改善措施的研究[D];重慶大學(xué);2015年

5 徐銘偉;絕緣柵雙極型晶體管結(jié)溫仿真模型及其應(yīng)用研究[D];重慶大學(xué);2012年

6 毛婭婕;絕緣柵雙極型晶體管結(jié)溫測(cè)量方法的研究[D];重慶大學(xué);2013年

7 韓凱;大功率LED器件的熱學(xué)研究[D];復(fù)旦大學(xué);2011年

8 佘露;大功率LED結(jié)溫與熱阻在線測(cè)量研究[D];深圳大學(xué);2015年

9 張萬路;功率型LED熱學(xué)建模與結(jié)溫測(cè)試分析[D];復(fù)旦大學(xué);2009年

10 葉炎鐘;非接觸式LED結(jié)溫測(cè)試方法研究及測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];浙江大學(xué);2010年

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本文編號(hào)：572635