發(fā)布時(shí)間：2020-04-13 07:36

【摘要】：伴隨著科技的進(jìn)步,電力電子技術(shù)的發(fā)展蒸蒸日上,其在電力系統(tǒng)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用,這在一定程度上也促進(jìn)了電力電子器件的開發(fā)與應(yīng)用。絕緣柵雙極晶體管(IGBT)作為新型電力電子器件的代表,對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排,緩解我國(guó)能源長(zhǎng)期供應(yīng)不足的形勢(shì)起著至關(guān)重要的作用,也因此受到了越來越多的人們青睞。然而IGBT模塊在封裝過程中,難免會(huì)在焊料層中產(chǎn)生空洞�？斩吹拇嬖趪�(yán)重地影響了模塊的散熱性能,致使芯片局部溫度過高,從而降低IGBT模塊的可靠性和使用壽命,甚至導(dǎo)致IGBT失效,因此研究焊層空洞對(duì)IGBT芯片溫度的影響,對(duì)于提高IGBT的模塊的可靠性和壽命具有十分重要的意義。本文針對(duì)焊料層中的空洞對(duì)IGBT芯片溫度的影響展開了研究。根據(jù)IGBT模塊的七層結(jié)構(gòu),構(gòu)建了三維有限元模型,對(duì)比了芯片焊層空洞和襯底焊層空洞對(duì)芯片溫度的影響,重點(diǎn)分析了芯片焊層中空洞類型、大小、形狀、位置及數(shù)量等不同條件下IGBT模塊的溫度分布以及對(duì)IGBT可靠性的影響,為IGBT的模塊封裝提供了理論上得到指導(dǎo)和建議。IGBT的失效是一個(gè)極其復(fù)雜的過程,除了由芯片溫度過高而引起IGBT模塊失效外,還和開關(guān)過程中模塊內(nèi)部的電參數(shù)變化有關(guān),因此我們需要建立一個(gè)精確的模型來研究電參數(shù)變化對(duì)其靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性的影響。本文采用半解析模型的方法,在IGBT等效電路的基礎(chǔ)上,用電流源控制電壓源來模擬IGBT內(nèi)部的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng),建立了 IGBT的靜態(tài)電路仿真模型。通過一維載流子雙極輸運(yùn)方程對(duì)功率MOSFET和PNP晶體管進(jìn)行參數(shù)提取,利用PSpice軟件對(duì)參數(shù)的靈敏度進(jìn)行分析,然后對(duì)其進(jìn)行仿真分析并與廠商提供的數(shù)據(jù)手冊(cè)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證模型的有效性。在IGBT靜態(tài)模型的基礎(chǔ)上,充分考慮各個(gè)端口之間的寄生電容,利用二極管的勢(shì)壘電容表征IGBT內(nèi)部的非線性電容,建立了 IGBT動(dòng)態(tài)電路仿真模型,并對(duì)其進(jìn)行仿真分析,進(jìn)一步驗(yàn)證模型的正確性。
【圖文】：

圖２－１邋ＩＧＢＴ的結(jié)構(gòu)

抗高、導(dǎo)通壓降低、開關(guān)速度快等特點(diǎn)，，足一種復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半逡逑導(dǎo)體器件。逡逑ＩＧＢＴ與ＭＯＳＦＥＴ的結(jié)構(gòu)如圖２－１和２－２所示。從圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，兩逡逑者在結(jié)構(gòu)上類似，都是Ｍ于三端器件，ＩＧＢＴ具有柵極Ｇ、集電極Ｃ和發(fā)射極Ｅ。逡逑兩者不同之處在于ＩＧＢＴ比ＭＯＳＦＥＴ多了一層注入?yún)^(qū)（Ｐ＋層），形成了一個(gè)面逡逑積較火的Ｐ＋Ｎ結(jié)Ｊ，，使得ＩＧＢＴ在導(dǎo)迎時(shí)山Ｐ＋注入丨幻（彳漂移區(qū)發(fā)射少數(shù)載流逡逑子（空穴），進(jìn)而實(shí)現(xiàn)丫對(duì)漂移Ｋ屯４率的調(diào)制，因此ＩＧＢＴ具有很強(qiáng)的電流控逡逑制能力。逡逑發(fā)射極邐１極邐ｓ逡逑ＳＳＳ３邋Ｙ７７＼邐ｆｙｐ＼邋［＾３３］邐ｐｓｑ邋Ｆ７７ｑ邐Ｖ７７？ｉ邋ｐｇ逡逑］Ｗ＾Ｊｎ邐＾邐，制知丁逡逑（、．丨ｉ邐Ｎ邐；，緩沖區(qū)邐Ｎ．逡逑Ｎ邋‘邐＇邐邐邐邐逡逑邐７邐ｚ注入卜逡逑ｃ’Ｊ集電極逡逑圖２－１邋ＩＧＢＴ的結(jié)構(gòu)邐圖２－２邋ＭＯＳＦＥＴ的結(jié)構(gòu)逡逑從上述ＩＧＢＴ的結(jié)構(gòu)圖可以看出丨ＧＢＴ是以ＭＯＳＦＥＴ為驅(qū)動(dòng)元件、ＢＪＴ為逡逑主導(dǎo)元件組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，其等效電路如圖２－３所示，圖中＆為晶體管基區(qū)逡逑調(diào)制電阻
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN322.8

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本文編號(hào)：2625767