本文選題：大功率半導體器件 + 接觸熱阻��； 參考：《北京工業(yè)大學》2015年碩士論文

【摘要】：功率VDMOS器件具有開關速度快、輸入阻抗高、驅動能力強、不存在二次擊穿現(xiàn)象等優(yōu)點,廣泛應用于自動控制、混合動力系統(tǒng)、軍工、航天等領域。由于VDMOS器件的廣泛應用,使得VDMOS器件的使用可靠性成為人們關注的重點。針對功率VDMOS器件的使用可靠性問題,本文進行了高溫加速壽命實驗。在實驗過程中,大功率VDMOS器件出現(xiàn)突然燒毀的現(xiàn)象。分析表明,器件發(fā)生燒毀的原因是由于接觸熱阻變大。進而,本文對接觸熱阻展開研究。接觸熱阻的產(chǎn)生是由于VDMOS器件與散熱片之間由于接觸界面之間存在間隙,以及導熱系數(shù)不匹配等原因導致的。接觸熱阻的存在使得熱量在器件散熱通路上傳播過程受到阻礙,器件內部熱量難以及時發(fā)散,結溫升高。隨著工藝水平的不斷提高,大功率器件內部熱阻可降至0.1~0.4℃/W左右,而接觸熱阻甚至會高于器件熱阻兩倍以上。接觸熱阻阻礙器件散熱,導致器件結溫升高,使得器件使用可靠性下降,嚴重時將導致器件燒毀。針對以上兩個問題,本文做出以下研究:一、對大功率VDMOS進行了150℃、180℃、200℃、230℃高溫加速壽命實驗,通過測量IRFM260器件在加速條件下的敏感參數(shù)(導通電阻Ron、閾值電壓VGS、柵極電流IGS,截止漏電流IDSR,漏源電流IDSS(導通狀態(tài)))退化規(guī)律及失效時間,分析失效分布情況,從而得到正常應用條件下,大功率VDMOS器件的壽命、失效率等可靠性參數(shù)。二、對接觸熱阻的無損測量問題進行研究。本文利用接觸熱阻隨接觸應力變化這一機理,利用Phase11熱阻分析儀對樣品的總熱阻進行測量,建立接觸熱阻與接觸應力的數(shù)學模型,并利用測得的數(shù)據(jù)對接觸熱阻進行提取,進一步驗證接觸熱阻與接觸應力之間的函數(shù)關系,并在ICEPAK熱模擬軟件中對不同接觸應力下的接觸熱阻進行熱模擬。三、本文還對接觸熱阻的溫度特性及退化特性進行了研究。將樣品置于可控溫的恒溫平臺上,以恒溫平臺的溫度變化來模擬環(huán)境溫度的變化,在恒溫平臺溫度變化的同時測量樣品的總熱阻,提取接觸熱阻并對比溫度變化過程中接觸熱阻的變化情況。當大功率器件安裝到散熱片上之后,經(jīng)過長期的使用,接觸熱阻會發(fā)生變化,變化速率、變化程度又將如何?本文針對這一問題做出研究,本文利用三只樣品進行高溫加速壽命實驗,實驗選擇150℃、140℃、130℃進行高溫加速壽命實驗,首先測量樣品初始接觸熱阻阻值,以接觸熱阻變化量達到20%為失效判據(jù),測得高溫情況下三只樣品的失效時間,并利用Arrhenius模型外推室溫下樣品的失效時間。高低溫溫度循環(huán)情況又會如何影響接觸熱阻?本文對接觸熱阻樣品進行高低溫溫度循環(huán)實驗,實驗高溫限制選定為120℃,低溫限制選定為-30℃,循環(huán)周期為2h,其中保持時間為40min。在以上條件下進行高低溫溫度循環(huán)實驗,探究接觸熱阻的變化情況。
[Abstract]:Power VDMOS devices have many advantages, such as high switching speed, high input impedance, strong driving capability and no secondary breakdown phenomenon. They are widely used in automatic control, hybrid power system, military industry, aerospace and other fields. Due to the wide application of VDMOS devices, the reliability of VDMOS devices has become the focus of attention. Aiming at the reliability of power VDMOS devices, an accelerated life test at high temperature is carried out in this paper. In the process of experiment, the high power VDMOS device suddenly burns out. The analysis shows that the cause of device burnout is due to the increase of contact thermal resistance. Furthermore, the contact thermal resistance is studied in this paper. The thermal contact resistance is caused by the gap between the VDMOS device and the radiator and the mismatch of the thermal conductivity. The existence of contact thermal resistance hinders the process of heat propagation in the heat dissipation path of the device, and it is difficult for the internal heat of the device to dissipate in time, and the junction temperature rises. With the continuous improvement of the process level, the internal thermal resistance of high power devices can be reduced to about 0.4 鈩，

本文編號：2003404