芯片封裝參數(shù)對功率模塊熱特性影響的研究

袁 訊，王學梅，張 波

（華南理工大學電力學院，廣州510640）

芯片封裝參數(shù)對功率模塊熱特性影響的研究

袁 訊，王學梅，張 波

（華南理工大學電力學院，廣州510640）

由于溫度分布不均勻以及封裝中各層材料之間的熱膨脹系數(shù)不同，使功率模塊在工作中產(chǎn)生交變的熱應力，造成焊層疲勞、鍵合線脫落等失效形式，因此研究模塊的熱特性尤為重要。熱的測量是電力電子系統(tǒng)中最困難的工作之一，對封裝結構進行電-熱-力精確的仿真分析，能夠準確了解對器件不同部位的溫度、應力分布。采用基于電-熱-力多物理場的有限元仿真，研究了封裝材料、封裝參數(shù)和封裝結構對功率器件的溫度、熱阻、熱應力這些熱特性的影響，為優(yōu)化封裝設計，最終提高功率模塊可靠性提供了一定的參考。

功率模塊；熱阻；熱應力；有限元分析

引言

隨著半導體技術的不斷發(fā)展和功率器件性能的不斷改善，電力電子功率器件在諸多關鍵領域例如可再生能源系統(tǒng)、電機驅動以及電動汽車上得到越來越廣泛的應用，其可靠性也得到越來越廣泛地關注［1-3］。半導體器件功率的大小是決定其封裝類型的主要標準，常見的封裝種類有分立式封裝、模塊封裝和壓接封裝，在大功率電力電子應用中，功率模塊是電力電子器件最主要的封裝結構。電力電子器件的性能在很大程度上依賴于封裝技術［4］，由于功率密度高，內(nèi)部結構復雜，功率模塊封裝的設計難度也越來越大，特別是由多種材料鍵合而成的芯片級封裝模塊。……