作為各種裝置核心的電力電子器件,在提高能源利用率方面扮演著重要角色。IGBT模塊作為主要的開關(guān)器件起著重要作用。針對傳統(tǒng)全硅功率模塊不足,用SiC二極管代替Si FRD （硅快恢復(fù)二極管）形成的混合模塊能夠有效降低功耗,提高開關(guān)速度。隨著電壓等級和電流容量的不斷提高,模塊散熱不良、熱應(yīng)力過高及其分布不均等已成為亟待解決的問題。為此,本文采用有限元方法,對3300V/400ASiC混合模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)和熱應(yīng)力分析。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1.完成了 3300V/400A SiC混合模塊的設(shè)計(jì)。選用8個(gè)3300V50A Si-IGBT和8個(gè)3300V/50A SiC-JBS芯片對3300V/400A SiC混合模塊的DBC板進(jìn)行了布局設(shè)計(jì);對混合模塊縱向結(jié)構(gòu)（芯片/DBC/基板）的DBC、基板及焊料進(jìn)行了分析和初步設(shè)計(jì)。2.對混合模塊進(jìn)行了熱性能分析,初步優(yōu)化了混合模塊縱向結(jié)構(gòu)的各層材料和厚度。針對大量模塊中存在的熱失效問題,從熱學(xué)設(shè)計(jì)管理入手,建立了混合模塊的三維模型,進(jìn)行有限元仿真,模擬了溫度場分布;對影響模塊熱場的基板、襯板、焊料層的材料和厚度等因素進(jìn)行對比研究,總結(jié)了變化規(guī)律;采用8m... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
1 緒論
    1.1 課題背景及研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與進(jìn)展
        1.2.1 國內(nèi)外研究進(jìn)展
        1.2.2 散熱及熱應(yīng)力研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
2 混合模塊設(shè)計(jì)理論
    2.1 模塊封裝類型
        2.1.1 分立式IGBT
        2.1.2 焊接式IGBT模塊
        2.1.3 壓接式IGBT模塊
        2.1.4 智能功率模塊
    2.2 IGBT模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
    2.3 混合模塊設(shè)計(jì)
        2.3.1 設(shè)計(jì)思路
        2.3.2 電路設(shè)計(jì)
    2.4 混合模塊結(jié)構(gòu)
        2.4.1 基板
        2.4.2 直接覆銅板
        2.4.3 焊料
    2.5 混合模塊內(nèi)部互連
        2.5.1 引線鍵和
        2.5.2 焊料焊接
    2.6 混合模塊初步設(shè)計(jì)
    2.7 本章小結(jié)
3 混合模塊熱場有限元仿真分析及優(yōu)化
    3.1 熱分析基礎(chǔ)
        3.1.1 有限元法（FEM）
        3.1.2 仿真軟件ANSYS
        3.1.3 熱分析理論
    3.2 混合模塊建模及熱仿真分析
        3.2.1 建模
        3.2.2 單元屬性
        3.2.3 有限元熱仿真分析
    3.3 混合模塊散熱性能影響因素的分析及優(yōu)化
        3.3.1 基板層材料和厚度的分析及優(yōu)化
        3.3.2 襯板層材料和厚度的分析及優(yōu)化
        3.3.3 襯板下焊料層材料和厚度的分析及優(yōu)化
        3.3.4 芯片下焊料層材料和厚度的分析及優(yōu)化
        3.3.5 優(yōu)化前后對比
    3.4 芯片布局驗(yàn)證
    3.5 本章小結(jié)
4 混合模塊熱應(yīng)力有限元仿真分析及優(yōu)化
    4.1 熱應(yīng)力理論分析
    4.2 熱應(yīng)力分析方法
    4.3 混合模塊有限元熱應(yīng)力仿真
    4.4 混合模塊熱應(yīng)力影響因素的分析及優(yōu)化
        4.4.1 基板材料和厚度的分析及優(yōu)化
        4.4.2 襯板材料和厚度的分析及優(yōu)化
        4.4.3 襯板下焊料層材料和厚度的分析及優(yōu)化
        4.4.4 芯片下焊料層材料和厚度的分析及優(yōu)化
        4.4.5 混合模塊的優(yōu)化
    4.5 本章小結(jié)
5 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]IGBT技術(shù)進(jìn)展及其在柔性直流輸電中的應(yīng)用[J]. 于坤山,謝立軍,金銳.  電力系統(tǒng)自動化. 2016(06)
[2]能源互聯(lián)網(wǎng):驅(qū)動力、評述與展望[J]. 孫宏斌,郭慶來,潘昭光,王劍輝.  電網(wǎng)技術(shù). 2015(11)
[3]面向能源互聯(lián)網(wǎng)的未來綜合配電系統(tǒng)形態(tài)展望[J]. 劉滌塵,彭思成,廖清芬,唐飛,陳煒,陳懿.  電網(wǎng)技術(shù). 2015(11)
[4]IGBT在軌道交通牽引應(yīng)用中的可靠性研究[J]. 忻力,榮智林,竇澤春,忻蘭苑,傅航杰.  機(jī)車電傳動. 2015(05)
[5]IGBT需求大 政策扶持加快產(chǎn)業(yè)化[J]. 鄭暢.  半導(dǎo)體信息. 2015(02)
[6]納米銀漿在微系統(tǒng)集成技術(shù)方面的應(yīng)用[J]. 崔西會,孫毅,陸君.  中國電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào). 2015(01)
[7]鍵合線失效對于IGBT模塊性能的影響分析[J]. 王春雷,鄭利兵,方化潮,韓立.  電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2014(S1)
[8]三菱電機(jī)估計(jì)功率器件市場到2016年再創(chuàng)新高[J].   變頻器世界. 2014(07)
[9]IGBT功率模塊材料抗熱沖擊性能的研究[J]. 胡震,杜明星,魏克新.  電測與儀表. 2013(12)
[10]高溫功率循環(huán)下絕緣柵雙極型晶體管失效特征及機(jī)理分析[J]. 陳明.  西安交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2014(04)

博士論文
[1]集成電力電子模塊封裝技術(shù)的研究[D]. 王建岡.南京航空航天大學(xué) 2006

碩士論文
[1]IGBT器件熱可靠性的研究[D]. 董少華.山東大學(xué) 2014
[2]IGBT模塊封裝熱應(yīng)力研究[D]. 翟超.浙江大學(xué) 2013
[3]IGBT的可靠性模型研究[D]. 陳永淑.重慶大學(xué) 2010



本文編號：3330762