針對(duì)IGBT功率器件在振動(dòng)環(huán)境下的可靠性問題,采用正交試驗(yàn)法構(gòu)建16組不同的模塊結(jié)構(gòu),利用ANSYS軟件對(duì)模塊進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究發(fā)現(xiàn)對(duì)焊接層影響因素由強(qiáng)到弱依次為基板厚度,焊接層厚度和基板大小。周期振動(dòng)分析表明結(jié)構(gòu)在頻率1523.2 Hz處產(chǎn)生共振現(xiàn)象。優(yōu)化分析過程中隨著基板厚度由2.5 mm提高到3.5 mm,焊接層的壽命從646.06 h增加到6797.95 h。研究結(jié)果表明參數(shù)優(yōu)化對(duì)器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起到理論指導(dǎo)作用,能夠有效提高IGBT器件的使用壽命。 

【文章來源】：電子元件與材料. 2020年11期 北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

IGBT模塊結(jié)構(gòu)示意圖

本次建模采用SolidWorks軟件,IGBT模塊圖如圖2所示。本文設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)的IGBT模塊,同時(shí)使用正交試驗(yàn)來進(jìn)行分析,找出不同結(jié)構(gòu)件對(duì)模塊性能的影響,確定通過改變基板厚度、基板大小、焊接層厚度來進(jìn)行分析,建立三因素四水平正交試驗(yàn),共有16種模塊結(jié)構(gòu),其中芯片(7 mm×7 mm×0.15 mm)、陶瓷板(30 mm×28 mm×0.38 mm)、DBC銅層(28 mm×25 mm×0.3 mm)的尺寸不變,各模塊構(gòu)件變量尺寸參數(shù)如表1所示。

把應(yīng)變值代入焊接層疲勞壽命計(jì)算模型,計(jì)算焊接層隨機(jī)振動(dòng)載荷下疲勞壽命,結(jié)果得到試驗(yàn)1至試驗(yàn)4四組壽命分別為214.5 h,646.06 h,6797.95 h,40574.93 h。分析認(rèn)為隨著基板厚度的增加,焊接層在隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)下的壽命有較大提升。特別是在試驗(yàn)2和試驗(yàn)3中,隨著基板厚度由2.5 mm提高到3.5 mm,焊接層的壽命從646.06 h增加到6797.95 h,提高到10倍以上。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中,不能無限制地增加基板厚度。基板太厚會(huì)導(dǎo)致散熱通道的延長(zhǎng),熱阻也會(huì)相應(yīng)地變大,從而使得模塊的散熱效率下降;同時(shí),增加基板厚度將使模塊的質(zhì)量增加,同時(shí)制造成本也會(huì)增加。因此,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)實(shí)際情況,合理增加基板厚度能有效提高焊接層的壽命,元器件的可靠性才會(huì)得到相應(yīng)的提高。圖4 各組試驗(yàn)應(yīng)變?cè)茍D

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