IGCT器件熱特性的研究.pdf

1、隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，對功率器件的容量和封裝密度的要求不斷提高。如果器件工作時產(chǎn)生的熱量不能及時地釋放出去，就會引起器件的結(jié)溫升高，導(dǎo)致其性能參數(shù)劣化，最終使器件失效。因此，研究功率器件封裝結(jié)構(gòu)的熱特性及其可靠性非常重要。
　　本文利用ANSYS有限元仿真軟件，從芯片的金屬化電極、封裝結(jié)構(gòu)到外加散熱器，分別研究了集成門極換流晶閘管(IGCT)的電極形變、熱機械應(yīng)力及其溫度分布等熱特性和可靠性問題。并根據(jù)模擬分析結(jié)果，提出了相

2、應(yīng)的改進(jìn)措施。主要研究內(nèi)容如下:
　　第一，根據(jù)GCT器件的結(jié)構(gòu)特點，利用ANSYS軟件分析了多層金屬化陽極結(jié)構(gòu)的熱機械應(yīng)力，討論了陰極條數(shù)目和形狀對分立的金屬化門-陰極結(jié)構(gòu)熱形變的影響。結(jié)果表明，Al/Ti/Ni/Ag四層金屬化電極應(yīng)力最小，適合作為GCT器件的陽極;適當(dāng)增加陰極條數(shù)，或?qū)⒕匦侮帢O條改為梯形，可以有效地降低金屬化門-陰極的熱形變。
　　第二，分析了單芯片壓接式和焊接式兩種封裝結(jié)構(gòu)的特點。利用ANSYS軟件模

3、擬了焊接式和壓接式兩種封裝結(jié)構(gòu)的熱特性。相比較而言，采用壓接式封裝結(jié)構(gòu)，雖然GCT器件的最高溫度升高了1.41℃，但其熱機械應(yīng)力下降了18％，而且芯片上的高應(yīng)力區(qū)域明顯減少。最后，給出了改善壓接式GCT散熱效果的措施。
　　第三，研究了多個GCT芯片串接封裝結(jié)構(gòu)的熱特性。結(jié)果表明，對于四芯片串接式結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)的風(fēng)冷散熱器，器件最高溫度高達(dá)219.77℃，已不能滿足散熱要求。引入新型的嵌入式熱管散熱器后，可使器件最高溫度降到96.