IGBT功率模塊中引線鍵合布局與應(yīng)力分析.pdf

1、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)絕緣柵雙極型晶體管，是由功率BJT(雙極型晶體管)和功率MOSFET(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)構(gòu)成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和BJT的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電力轉(zhuǎn)換與功率系統(tǒng)中。IGBT模塊在工作過程中容易產(chǎn)生失效或者疲勞效應(yīng)，其中引線鍵合與焊料層是IGBT模塊最為薄弱的環(huán)節(jié)，通過研究引線鍵合失效機(jī)理對(duì)提高模塊可

2、靠性有極其重要的意義。
　　本文利用有限元仿真軟件建立IGBT模塊七層模型并鍵合引線，通過對(duì)模型進(jìn)行電-熱耦合仿真研究引線鍵合布局對(duì)芯片溫度分布的影響；對(duì)不同引線布局的IGBT模塊進(jìn)行功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)，將功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行比對(duì)；用Coffin-Manson壽命模型預(yù)測(cè)不同引線布局的IGBT模塊的壽命。研究IGBT模塊引線間電磁力對(duì)引線失效的影響，通過有限元軟件對(duì)鍵合引線的IGBT模塊進(jìn)行電磁仿真，從仿真中觀察引線之間電磁力

3、的大小，分析同等電流等級(jí)下熱應(yīng)力與電磁力對(duì)引線鍵合可靠性的影響。
　　電-熱耦合仿真結(jié)果表明通過優(yōu)化引線在芯片表面的布局可使芯片表面最高溫度降低3℃，功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明均勻鍵合相比集中鍵合芯片表面最高溫度降低3~4℃。用Coffin-Manson壽命模型預(yù)測(cè)不同引線布局的IGBT模塊的壽命，發(fā)現(xiàn)均勻鍵合模塊相比集中鍵合功率循環(huán)壽命提高了37.8％。通過改變引線布局使芯片表面散熱有效面積達(dá)到最大，能得到最佳引線分布并使模塊獲得更高