基于FLOTHERM軟件的雙極功率晶體管熱分布研究.pdf

1、熱應(yīng)力集中(熱斑)是造成雙極功率晶體管失效的主要原因之一,隨著器件功率密度越來越高,減少熱斑、提高器件的熱性能是未來雙極功率晶體管面臨的挑戰(zhàn),通過熱分布模型對雙極功率晶體管熱性能進(jìn)行研究可以經(jīng)濟(jì)、快速地為雙極功率晶體管的封裝設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化和芯片的熱設(shè)計(jì)提供重要的參考依據(jù)。本文采用熱分布研究的有限體積法,使用Flotherm軟件對雙極功率晶體管進(jìn)行建模并對其熱分布進(jìn)行了研究,主要包括:1.分析了TO-220封裝的雙極功率晶體管傳熱機(jī)理,用

2、FLOTHERM軟件,建立了TO-220雙極功率晶體管的熱分布模型,通過穩(wěn)態(tài)仿真研究了焊接層空洞、厚度、面積和引線框架厚度等對其穩(wěn)態(tài)熱分布的影響,得出了晶體管在不同條件下的溫度分布并討論了穩(wěn)態(tài)熱阻隨封裝結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。2.通過TO-220雙極功率晶體管模型的瞬態(tài)仿真,研究了焊接層對其瞬態(tài)熱分布的影響,討論了雙極功率晶體管的單脈沖SOA,通過仿真得出了單脈沖下雙極功率晶體管的熱分布數(shù)據(jù),以及晶體管在不同脈沖下的熱分布,分析了其工作狀態(tài)下的

3、抗浪涌能力,可為客戶使用提供參考。3.使用點(diǎn)測溫法、紅外熱像法、電學(xué)法等,通過實(shí)驗(yàn)對穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。4.對雙極功率晶體管的熱電反饋效應(yīng)進(jìn)行了研究,提出將熱電反饋效應(yīng)問題簡化為材料電阻率隨溫度變化的問題,并通過晶體管陣列,提出了建立包含熱電反饋效應(yīng)的雙極晶體管熱分布模型的方法。5.討論了減少熱斑的主要思路和方法,通過人、機(jī)、料、法、環(huán)等要素分析封裝優(yōu)化的重點(diǎn)方向和方法,以提高雙極功率晶體管熱性能,減少熱斑,指出改善芯