4H-SiC肖特基勢壘二極管自熱效應(yīng)及其高溫封裝的熱分析.pdf

1、碳化硅肖特基勢壘二極管是應(yīng)用于商業(yè)市場的第一個SiC功率器件，在高溫應(yīng)用方面具有很好的前景。由于自熱效應(yīng)導(dǎo)致器件內(nèi)部溫度比環(huán)境溫度高，從而影響了器件的電學(xué)特性。而且為了讓4H-SiC SBD更好地工作在高溫環(huán)境中，芯片產(chǎn)生的熱量能很快地傳導(dǎo)到環(huán)境中，以防芯片溫升太高，超過器件的耐溫極限，就要從器件封裝的熱性能上著手，選擇良好的封裝結(jié)構(gòu)及材料，來最小化封裝熱傳導(dǎo)路徑中的熱阻以提高器件工作的最高結(jié)溫。本論文通過數(shù)值模擬的方法，研究了自熱效應(yīng)

2、對4H-SiC肖特基勢壘二極管電學(xué)特性的影響，同時對器件封裝的熱特性也進(jìn)行了較為深入的研究，主要工作和研究成果如下：
　　 1.研究了環(huán)境溫度300K時，正向偏壓下，自熱效應(yīng)對器件晶格溫度分布的影響。結(jié)果顯示，器件晶格溫度的最高點在肖特基接觸附近，而且當(dāng)正向偏壓從2V到SV變化時，器件的晶格溫度分布梯度隨之變大。
　　 2.研究了自熱效應(yīng)對器件I-V特性的影響。正向特性中，環(huán)境溫度300K時，當(dāng)電流密度比較低于20A/c

3、m2時，相同正向電壓下的電流密度比無自熱效應(yīng)時高，但當(dāng)電流密度高于20A/cm2時，相同正向電壓下的電流密度比無自熱效應(yīng)時低。反向特性中，在相同環(huán)境溫度下，自熱效應(yīng)對反向特性幾乎沒有影響，但隨著溫度的上升，器件的反向漏電流變大。反向恢復(fù)特性中，自熱效應(yīng)對器件的反向恢復(fù)時間幾乎沒有影響，但隨著環(huán)境溫度不斷升高，器件的反向峰值電流隨之有所變大。
　　 3.選擇了一種傳統(tǒng)的引線鍵合封裝結(jié)構(gòu)來進(jìn)行熱特性分析，其結(jié)構(gòu)主要由芯片，粘結(jié)層，基

4、板（或襯底）三部分組成。通過ANSYS軟件建模仿真，研究了基板厚度和粘結(jié)層材料及厚度對芯片溫場分布的影響。分析結(jié)果表明，DBC基板的最佳厚度應(yīng)介于1～1.2mm之間，粘結(jié)層材料熱導(dǎo)率越高，厚度越薄，對散熱越有利。研究了不同耗散功率和不同環(huán)境溫度下芯片封裝的溫場分布，發(fā)現(xiàn)隨著耗散功率變大和環(huán)境溫度的升高，芯片的最高溫度呈線性增加。相對于傳統(tǒng)的引線鍵合封裝結(jié)構(gòu)，一種新穎的平面封裝結(jié)構(gòu)不僅能夠減小電阻，電感等寄生效應(yīng)，而且相對于傳統(tǒng)的封裝結(jié)構(gòu)