本文關(guān)鍵詞：基于有限元分析的功率器件封裝熱阻研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著人們對(duì)于半導(dǎo)體功率器件性能參數(shù)要求的不斷提高,半導(dǎo)體功率器件不斷朝著高電壓大電流的方向發(fā)展,不斷增加的熱功耗所引發(fā)的結(jié)溫升高以及器件相關(guān)可靠性能降低等問(wèn)題逐漸成為制約其發(fā)展應(yīng)用的障礙。結(jié)溫升高不僅會(huì)造成半導(dǎo)體功率器件電學(xué)參數(shù)的漂移,也會(huì)影響器件可靠性,縮短其使用壽命。在電路設(shè)計(jì)的過(guò)程中,為了保證器件工作時(shí)的結(jié)溫被控制在規(guī)定范圍內(nèi),將器件封裝熱阻以及外部散熱條件納入考慮就顯得非常重要。因此,半導(dǎo)體功率器件的封裝熱阻是器件生產(chǎn)制造廠商和設(shè)計(jì)者需要關(guān)注的重要參數(shù)。本文綜述了工業(yè)生產(chǎn)中功率器件熱阻的相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試方法,還建立了功率器件的有限元熱分析模型,對(duì)其封裝熱阻進(jìn)行理論研究。一方面,本文依據(jù)JEDEC組織于1995年12月在文件JESD51中提出的熱阻的概念,描述了熱阻測(cè)試的基本原理。本文根據(jù)JESD51-1中規(guī)定的基于電學(xué)參數(shù)的動(dòng)態(tài)熱阻測(cè)試方法,使用AnaTech Phase 11熱分析儀測(cè)試了不同封裝不同型號(hào)的功率器件的結(jié)殼熱阻以及結(jié)到環(huán)境的熱阻值。實(shí)際測(cè)量獲得的大量測(cè)試結(jié)果表明：首先,結(jié)殼熱阻值與管芯的面積有關(guān),管芯面積越大,結(jié)殼熱阻值越小；其次,結(jié)到環(huán)境的熱阻與封裝主體的體積有關(guān),封裝體體積越大,結(jié)到環(huán)境的熱阻值越小；最后,結(jié)到環(huán)境的熱阻值與封裝結(jié)構(gòu)有關(guān),塑封料和銅框架的改變對(duì)結(jié)到環(huán)境的熱阻值均有影響。另一方面,本文利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)TO-220F封裝形式的功率器件進(jìn)行了建模和穩(wěn)態(tài)熱分析仿真。以此模型為基礎(chǔ),本文探究了邊界條件、管芯面積、封裝體尺寸、焊料種類(lèi)、焊層缺陷等因素對(duì)仿真熱阻值的影響。仿真結(jié)果表明：首先,結(jié)殼熱阻值會(huì)隨著管芯尺寸的減小、焊錫料熱導(dǎo)率的減小或者焊錫層厚度的增加而變大；其次,結(jié)溫也會(huì)隨著銅框架面積的減小而升高；最后,錫層空洞的的大小和位置對(duì)結(jié)殼熱阻也各有影響。根據(jù)仿真所得的結(jié)果,本文建議封裝制造廠商,減小塑封體體積、合理選擇焊錫料類(lèi)型以及改善貼片工藝,都可以在不削弱器件整體性能前提下,較少開(kāi)支節(jié)約成本。
【關(guān)鍵詞】：熱阻 結(jié)溫 有限元分析 TO-220F
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN305
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符號(hào)對(duì)照表11-13
• 縮略語(yǔ)對(duì)照表13-16
• 第一章 緒論16-26
• 1.1 功率器件的發(fā)展史16-18
• 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀18-20
• 1.2.1 功率器件的封裝19-20
• 1.3 可靠性實(shí)驗(yàn)與溫度引發(fā)的失效20-24
• 1.3.1 可靠性實(shí)驗(yàn)20-22
• 1.3.2 溫度引發(fā)的失效22-24
• 1.4 本章小結(jié)24-26
• 1.4.1 本章小結(jié)24
• 1.4.2 文章脈絡(luò)24-26
• 第二章 功率MOSFET的熱阻26-40
• 2.1 功率MOSFET的主要參數(shù)26-28
• 2.2 熱阻28-33
• 2.2.1 熱阻測(cè)試的基本原理29-30
• 2.2.2 熱阻測(cè)試的基本方法30-33
• 2.3 實(shí)驗(yàn)室測(cè)熱阻33-38
• 2.3.1 AnaTech Phase 1133-34
• 2.3.2 測(cè)量結(jié)果34-35
• 2.3.3 測(cè)量結(jié)果分析35-38
• 2.4 本章小結(jié)38-40
• 第三章 模型仿真40-48
• 3.1 仿真軟件40-43
• 3.1.1 AutoCAD40
• 3.1.2 Ansys40-41
• 3.1.3 有限元分析方法基本原理41-43
• 3.2 模型的建立與仿真43-47
• 3.2.1 建立模型43-44
• 3.2.2 模型仿真44-47
• 3.3 本章小結(jié)47-48
• 第四章 熱阻與封裝因素的關(guān)系48-62
• 4.1 加熱功率對(duì)仿真熱阻的影響48-49
• 4.2 管芯尺寸對(duì)于仿真熱阻的影響49-51
• 4.3 塑封體和銅框架對(duì)仿真熱阻的影響51-54
• 4.3.1 銅框架51-52
• 4.3.2 塑封體52-54
• 4.4 粘結(jié)層對(duì)仿真熱阻的影響54-61
• 4.4.1 焊錫料種類(lèi)54-55
• 4.4.2 焊錫料厚度55-56
• 4.4.3 錫層空洞56-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第五章 全文總結(jié)與展望62-64
• 5.1 全文總結(jié)62-63
• 5.2 研究展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 致謝68-70
• 作者簡(jiǎn)介70

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本文編號(hào)：462826