【摘要】：近年來(lái),我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。作為斷路器以及換流閥中的核心電力電子器件,高壓大功率壓接式IGBT器件廣泛應(yīng)用于柔性直流輸電等高壓大功率應(yīng)用領(lǐng)域。提高壓接式IGBT器件的可靠性,對(duì)于保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行具有重要的意義。溫度與壓力為影響IGBT器件可靠性與并聯(lián)芯片一致性的兩大因素。為了改善IGBT器件的散熱性能與均壓性能,保證器件中并聯(lián)子模組工作特性的一致性,同時(shí),為了突破有限元法的局限性,更加快速有效地獲取IGBT器件的溫度與壓力,本文對(duì)壓接式IGBT器件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能評(píng)估,并研究了 IGBT器件溫度與壓力的快速獲取方法。本文提出了一種新型IGBT器件結(jié)構(gòu)。為了對(duì)本文提出的新型IGBT結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行分析,本文構(gòu)建了三種不同IGBT器件的有限元模型,根據(jù)IGBT器件的實(shí)際工況討論了相對(duì)合理的邊界條件設(shè)置方法,對(duì)三種不同IGBT器件結(jié)構(gòu)的溫度與壓力進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)對(duì)本文提出的新型結(jié)構(gòu)的形狀、材料進(jìn)行改變,進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,使其各項(xiàng)性能達(dá)到最優(yōu)。在溫度與壓力有限元計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上,能夠?qū)θN不同IGBT結(jié)構(gòu)的散熱性能與均衡壓力性能進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。當(dāng)IGBT器件并聯(lián)支路的一致性提高時(shí),對(duì)IGBT器件進(jìn)行一維簡(jiǎn)化的可行性也隨之提高。本文采用有限元法對(duì)建立IGBT器件一維簡(jiǎn)化的假設(shè)條件進(jìn)行了驗(yàn)證。建立了三種IGBT器件單支路的一維模型,并提出了溫度與壓力的一維雙向耦合計(jì)算方法�；趥鳠岱匠�、頻域分析法、熱網(wǎng)絡(luò)法以及力學(xué)方程,討論提出計(jì)算方法的理論基礎(chǔ)。利用溫度變化產(chǎn)生的熱膨脹進(jìn)行壓力計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)溫度場(chǎng)與壓力場(chǎng)的單向耦合;通過(guò)引入壓力與接觸熱阻、接觸電阻以及壓力、溫度與芯片產(chǎn)生熱損耗的關(guān)系,可以建立溫度與壓力的雙向耦合計(jì)算模型。本文考慮實(shí)際IGBT器件的散熱條件、熱流量擴(kuò)散及壓力邊緣效應(yīng)的影響,對(duì)一維模型的修正方法進(jìn)行了介紹,包括直接計(jì)算與瞬態(tài)熱阻抗法。通過(guò)有限元方法對(duì)不同IGBT器件的散熱與均衡壓力性能進(jìn)行分析,表明本文提出的結(jié)構(gòu)能夠同時(shí)滿(mǎn)足雙面散熱與壓力均衡。在不同條件下,采用有限元法對(duì)溫度與壓力的一維計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明,對(duì)于三種不同的IGBT器件結(jié)構(gòu),本文提出的一維溫度與壓力的計(jì)算方法與有限元法的計(jì)算結(jié)果十分相近,即將IGBT器件簡(jiǎn)化為一維模型,進(jìn)行溫度與壓力計(jì)算具有一定的適用性。
【圖文】：

－ＢＴ器件典型結(jié)構(gòu)如圖１－２所示，在每個(gè)芯片支路加了彈簧結(jié)構(gòu)，在相同位移下，彈簧結(jié)構(gòu)產(chǎn)生壓力均衡分配至各個(gè)芯片。這種彈性壓接的封裝厚度以及壓力夾具表面平行度的要求［３］。然而當(dāng)

華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文逡逑陶瓷管殼鑰片邐填充介質(zhì)邋硅芯片逡逑圖１－１西碼ＩＧＢＴ器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)逡逑器件典型結(jié)構(gòu)如圖１－２所示，在每個(gè)芯片支了彈簧結(jié)構(gòu)，在相同位移下，，彈簧結(jié)構(gòu)產(chǎn)生力均衡分配至各個(gè)芯片。這種彈性壓接的封度以及壓力夾具表面平行度的要求［３］。然而中時(shí)，熱量基本全部通過(guò)彈簧中心支柱傳遞，，較大地犧牲了壓接式封裝ＩＧＢＴ的雙面散。逡逑
【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】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN322.8

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 周靜;康升揚(yáng);李輝;姚然;李金元;;內(nèi)部壓力不均對(duì)壓接式IGBT器件電熱特性的影響分析[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2019年16期

2 唐新靈;張朋;陳中圓;李金元;溫家良;潘艷;;高壓大功率壓接型IGBT器件封裝技術(shù)研究綜述[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2019年12期

3 付鵬宇;趙志斌;崔翔;;壓接型IGBT器件絕緣研究:問(wèn)題與方法[J];電力電子技術(shù);2018年08期

4 劉建芳;高沁翔;魏路;李宗帥;;PS22056在UPQC主電路中的應(yīng)用[J];重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年09期

5 方佳怡;劉憲云;夏麗;李磊;;基于ANSYS及MATLAB的溫度場(chǎng)分布對(duì)半橋型IGBT器件的影響[J];固體電子學(xué)研究與進(jìn)展;2018年03期

6 劉偉明;朱忠尼;;光耦合器HCPL-316J在IGBT驅(qū)動(dòng)電路中的應(yīng)用[J];空軍雷達(dá)學(xué)院學(xué)報(bào);2008年02期

7 石波;;PWM技術(shù)在煤礦充電機(jī)中的應(yīng)用[J];科技風(fēng);2011年24期

8 王占奎;;變頻節(jié)能依然大有可為[J];變頻器世界;2017年07期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 唐新靈;高壓大功率壓接型IGBT器件并聯(lián)芯片瞬態(tài)電流特性研究[D];華北電力大學(xué)(北京);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 范思遠(yuǎn);壓接式IGBT器件封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與壓力和溫度計(jì)算[D];華北電力大學(xué)(北京);2019年

2 江澤申;壓接式IGBT器件功率循環(huán)試驗(yàn)及壽命預(yù)測(cè)[D];重慶大學(xué);2018年

3 孫俊達(dá);壓接式IGBT器件內(nèi)部電場(chǎng)分析與絕緣設(shè)計(jì)[D];華北電力大學(xué)(北京);2017年

4 王美玉;無(wú)壓燒結(jié)納米銀焊膏連接大功率器件的瞬態(tài)熱性能研究[D];天津大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2661839