基于FEM的功率IGBT模塊功率循環(huán)可靠性研究.pdf

1、隨著功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展，新的應(yīng)用領(lǐng)域拓展，IGBT功率模塊有更多苛刻的工作條件，例如高功率和高集成度帶來的高熱流密度?？煽啃允荌GBT功率模塊的最大挑戰(zhàn)，而在可靠性要求中，功率循環(huán)測(cè)試與溫度循環(huán)測(cè)試分別反映了功率器件在工作時(shí)的可靠性與對(duì)外界溫度周期變化的抵抗能力，是極為重要的可靠性標(biāo)準(zhǔn)。
　　本研究以英飛凌的HybridPACK?2功率模塊作為基礎(chǔ)，利用Pro/E進(jìn)行建模；根據(jù)分析需求對(duì)材料性能進(jìn)行定義，使用Anand模型描述焊

2、料層的粘彈性；并利用ANSYS Workbench進(jìn)行熱-結(jié)構(gòu)多物理場(chǎng)耦合仿真。通過對(duì)仿真結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)在溫度循環(huán)時(shí)，焊料層應(yīng)力最大值出現(xiàn)在焊料層角上，而在功率循環(huán)時(shí)，焊料層應(yīng)力最大值出現(xiàn)在焊料層中心附近。同時(shí)，以此為基礎(chǔ)，對(duì)功率循環(huán)參數(shù)、工藝參數(shù)對(duì)功率循環(huán)結(jié)果的影響進(jìn)行了分析。應(yīng)力應(yīng)變隨著功率密度的增加上升速度顯著加快；在不考慮開啟和關(guān)斷損耗的情況下，工作頻率對(duì)功率模塊可靠性的影響甚微。焊料層厚度需要綜合考慮選取在功率循環(huán)過程中產(chǎn)生