本文關(guān)鍵詞：IGBT模塊電—熱—力耦合與失效分析

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【摘要】：近年來,隨著新能源發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、電動汽車等新興產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,IGBT功率模塊也得到了前所未有的廣泛應(yīng)用。新能源技術(shù)的發(fā)展對功率變流裝置的性能提出了更高的要求,IGBT模塊作為變流器的核心器件,其可靠性受到了越來越廣泛的重視。現(xiàn)有研究表明,惡劣的工作環(huán)境加速了器件的老化和失效,因此,深入研究IGBT模塊的老化和失效機理是功率器件應(yīng)用中需亟待解決的問題。本文結(jié)合實際情況、理論分析和仿真,利用多物理場耦合分析方法對IGBT模塊進行可靠性分析,主要有以下兩個方面的研究成果:以IGBT模塊的鍵合線為研究對象,建立IGBT模塊電-熱-力多場耦合模型。論文對正常工作和部分鍵合線脫落時的熱場和應(yīng)力場進行了綜合分析,得出剪切力是鍵合線疲勞和失效的直接原因,鍵合線失效的主要形式為鍵合線脫落。銅鍵合線比傳統(tǒng)鋁鍵合線具有更好的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)特性。論文建立銅鍵合線模型,通過對比發(fā)現(xiàn)銅鍵合線可以提高模塊的可靠性。以IGBT模塊的焊料層為研究對象,建立IGBT模塊熱-力多場耦合模型。論文對無空洞和空洞在不同位置的熱場和應(yīng)力場進行了綜合分析,得出焊料層容易從邊角處產(chǎn)生裂紋最終導(dǎo)致分層。焊料層空洞影響模塊的溫度分布,造成局部高溫、熱斑并燒毀器件。論文對模塊在溫度循環(huán)和功率循環(huán)下進行了仿真,擬合出模塊的熱阻。結(jié)果表明溫度循環(huán)下,模塊溫度波動隨環(huán)境溫度變化,容易發(fā)生焊料層分層。功率循環(huán)下,當(dāng)IGBT工作頻率較低時,結(jié)溫波動較大,容易產(chǎn)生熱沖擊,對焊料層以及IGBT模塊造成破壞。在實際工作中要注意IGBT模塊低頻工況下的結(jié)溫波動,減輕熱沖擊對模塊壽命的不利影響。
【關(guān)鍵詞】：IGBT模塊 多物理場仿真 失效
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN322.8
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 研究背景及意義9-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.3 論文的主要研究內(nèi)容17-19
• 第二章 IGBT模塊電-熱-力耦合分析19-31
• 2.1 IGBT模塊多物理場耦合分析19-20
• 2.2 IGBT功率模塊電場分析20-22
• 2.2.1 模塊的導(dǎo)通損耗20-21
• 2.2.2 模塊的開關(guān)損耗21-22
• 2.3 IGBT功率模塊熱場分析22-28
• 2.3.1 傳熱機理22-25
• 2.3.2 三維熱傳導(dǎo)理論25-26
• 2.3.3 熱阻網(wǎng)絡(luò)26-28
• 2.4 IGBT功率模塊應(yīng)力場分析28-29
• 2.5 電熱力耦合29-30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 第三章 基于多物理場的IGBT鍵合線故障分析31-40
• 3.1 鍵合線工藝和失效31-33
• 3.1.1 引線鍵合技術(shù)31
• 3.1.2 鍵合線故障31-33
• 3.2 鍵合線電-熱-力耦合模型33-34
• 3.3 鍵合線故障后34-36
• 3.4 鍵合線材料的影響36-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第四章 基于多物理場的IGBT焊料層失效分析40-58
• 4.1 焊料層材料特性和失效機理40-46
• 4.1.1 焊料層失效機理40-42
• 4.1.2 IGBT模塊的熱阻抗42-46
• 4.2 IGBT模塊熱-力耦合模型46-48
• 4.3 焊料層空洞的影響48-51
• 4.4 焊料層的疲勞失效51-56
• 4.4.1 IGBT模塊的溫度循環(huán)51-52
• 4.4.2 IGBT模塊的功率循環(huán)52-55
• 4.4.3 焊料層失效55-56
• 4.5 本章小結(jié)56-58
• 第五章 總結(jié)與展望58-60
• 5.1 全文總結(jié)58-59
• 5.2 研究展望59-60
• 參考文獻60-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果66-67
• 致謝67-68
• 附表68

【相似文獻】

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本文編號：1056505