智能功率模块可靠性的有限元仿真研究

发布时间：2017-07-25 18:20

  本文关键词：智能功率模块可靠性的有限元仿真研究

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【摘要】：随着半导体科技的不断进步,一种新型的功率器件——智能功率模块(Intelligent Power Module)正在被人们广泛的接受和应用。智能功率模块与传统功率模块相比,引入了保护电路,将低压关断,短路保护等控制芯片与IGBT芯片封装在一起,有效提高了模块的可靠性。本文以Fairchild公司的新型智能功率模块FSBB30CH60F为研究对象,使用ANSYS Workbench有限元仿真软件进行多物理场耦合仿真。对于材料的选择充分考虑实际情况和仿真需求。对于焊料层,选用Anand模型描述其粘弹性,参考JEDEC标准进行热-应力的耦合功率循环仿真。对于载荷参数,模块结温和等效应力随耗散功率的增加而升高,最大应力出现在芯片边角处。而循环周期对模块结温和应力的影响较小,在相同的仿真时间内,塑性应变则随循环周期的减小而增加。应变能也和循环周期呈较为明显的反向相关关系。对于工艺参数,焊料层厚度对模块热-机械性能的影响是多方面的,焊料的热导率较低,较厚的焊料层会导致芯片结温上升,降低芯片可靠性,而厚的焊料层却可以提供较大的应变范围,降低芯片和焊料结合面的应力集中。陶瓷材料的选择主要在于其物理性能的差异。焊料层空洞对可靠性的影响主要是增加的接触热阻,芯片结温升高,特殊的空洞位置易造成应力集中,总之,空洞是应该极力避免出现的。
【关键词】：智能功率模块 有限元 功率循环 可靠性
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB115;TN405
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 功率半导体器件概述11-14
• 1.2 智能功率模块（IPM）的应用和发展方向14-19
• 1.2.1 IPM工作原理14-15
• 1.2.2 IPM模块封装15-19
• 1.2.3 IPM的特点与优势19
• 1.3 半导体器件可靠性19-23
• 1.3.1 电子设备可靠性19-20
• 1.3.2 功率电子器件失效因素20-22
• 1.3.3 IPM的常见失效形式22-23
• 1.4 国内外研究现状23-25
• 1.5 课题研究的目的和意义25-27
• 第二章 智能功率模块的有限元分析27-43
• 2.1 有限元模型建立及网格划分27-34
• 2.1.1 有限元仿真简介27
• 2.1.2 有限元模型的建立和网格划分27-34
• 2.2 材料物理参数34-37
• 2.3 多物理场耦合分析37
• 2.4 功率循环测试仿真37-41
• 2.5 本章小结41-43
• 第三章 载荷参数对功率循环的影响43-53
• 3.1 芯片加载功率对功率循环的影响44-49
• 3.2 循环周期对功率循环的影响49-52
• 3.3 本章小结52-53
• 第四章 工艺参数对功率循环的影响53-74
• 4.1 焊料层厚度对功率循环的影响53-57
• 4.2 陶瓷基板材料对功率循环的影响57-63
• 4.3 焊料层空洞对功率循环的影响63-71
• 4.3.1 不同空洞率63-67
• 4.3.2 不同空洞位置67-68
• 4.3.3 不同空洞数量68-71
• 4.4 本章小结71-74
• 第五章 全文总结及展望74-77
• 5.1 全文总结74-76
• 5.2 研究展望76-77
• 参考文献77-86
• 致谢86-88
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文88

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本文编号：572635