單相功率MOS模塊熱可靠性設(shè)計.pdf

1、單相功率金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET, MOS)模塊因其封裝方式的普適性以及對驅(qū)動電路較高的兼容性被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)和消費(fèi)電子領(lǐng)域。隨著應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，環(huán)境溫度對模塊的要求越來越苛刻，而且半導(dǎo)體制造工藝的完善進(jìn)一步提高了模塊內(nèi)部的功率密度，導(dǎo)致由熱沖擊引起的模塊失效幾率提升。因此，單相功率MOS模塊熱可靠性研究意義重大

2、。
　　本文基于單相功率MOS模塊實(shí)際工作波形計算功耗，利用機(jī)械設(shè)計軟件SolidWorks對模塊建模，通過ANSYS有限元軟件對模塊熱特性進(jìn)行仿真分析，確定了模塊熱源、散熱通路以及散熱器是決定熱可靠性的關(guān)鍵因素，然后在此基礎(chǔ)上具體分析了各組件對模塊熱可靠性的影響。單相功率MOS模塊內(nèi)熱通路組件中，底板、直接覆銅(Direct Bonding Copper, DBC)基板、焊料層的熱阻較大，阻礙模塊熱量逸散的程度較高;功率芯片、鍵

3、合引線和功率端子組件寄生焦耳熱較高，提升了模塊結(jié)溫。此外，由溫度產(chǎn)生的熱應(yīng)力會引起組件應(yīng)變的變化，組件層之間的熱失配使得粘合層斷裂，導(dǎo)致模塊失效幾率增高。基于模塊的封裝結(jié)構(gòu)，本文從材料的選用、結(jié)構(gòu)的改善和封裝工藝選擇等角度對組件展開優(yōu)化設(shè)計，最終設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了高可靠性的單相功率MOS模塊。
　　測試結(jié)果顯示，優(yōu)化后的單相功率MOS模塊的結(jié)到殼的熱阻降低13％，最高結(jié)溫降低約10％。此外，優(yōu)化后的模塊在經(jīng)過1000次溫度循環(huán)后，功率M