基于ANSYS的DC DC电源模块热分析和热设计研究.pdf

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1、摘要对于DC/DC电源模块，随着使用领域的不断扩大其工作环境日趋恶劣，要求IC芯片及功率元件有很高的可靠性，DC/DC电源模块热分析及热设计的研究是提高其可靠性的关键。因此，DC/DC电源模块的热分析及热设计是十分必要的。本论文利用有限元软件(ANSYS11.0)对DC/DC电源模块进行了热分析，评估了该多芯片组件的热特性及各种封装参数对其热特性的影响，提出了改善多芯片组件散热特性及提高其可靠性的方法。论文还利用ANSYS11.0对大功率多芯片组件进行了热分析，同时，提出了改善大功率多芯片组件散热特性的六种热设计措施。本论文所做的主要工作如下：1、

2、针对不同外界环境及不同封装参数下的DC/DC电源模块，利用有限元热模拟技术分析了它的三维温度场，和影响该DC/DC电源模块热特性的一些重要因素，这些因素包括封装底板底面的温度、粘接层的导热系数、基板材料的导热系数、封装底板的导热系数、芯片的功率密度、拓扑结构及外界环境等。2、针对大功率DC/DC电源模块，利用有限元热模拟技术分析了DC/DC电源模块的温度场，通过循序渐进的方法，采用六种热设计措施进行改进。这六种热设计的措施为改善大功率DC/DC电源模块的散热特性及提高其可靠性提供了参考。这六种热设计措施包括：(1)改进基板材料及粘接材料；(2)采用

3、其他底板材料；(3)改进管壳散热结构；(4)采用导热系数好的填充物；(5)改变芯片的面积（6）优化拓扑结构。并研究了大功率DC/DC电源模块使用中温度控制，这部分应用了有限元的热-流体耦合模拟技术。3、通过对DC/DC电源模块的热分析及热设计，为DC/DC电源模块的工艺设计提供了可靠的热分析、热设计数据。仿真结果表明，所进行的设计满足技术要求，其结果可以用于生产中。关键词：多芯片组件，热分析，热设计，可靠性IABSTRACTThethermalanalysisanddesignofDC/DCmodularcircuit(DC/DC)areveryi

4、mportantandindispensablebecausethesearethekeysteptoraisethereliabilityofDC/DC,whichusuallyworkinthecircumstanceofhightemperatureandhighmoisture.ThethesishasmadeathoroughresearchofthethermalanalysisanddesignofDC/DCwiththehelpofthefiniteelementsoftware(ANSYS11.0)toevaluatenicely

5、andquicklythethermalperformance,whichisdeeplyinfluencedbypackagingparameters,andputsforwardthemethodstoimprovetheradiatingperformanceandreliabilityofDC/DC,Moreover,thethesispresentsfiveprojectsthatimprovetheradiatingperformanceoflarge-powerDC/DConthebasisofanalyzingthethermalp

6、erformanceoflarge-powerDC/DCusingthesoftware(ANSYS11.0).Ingeneralthemainworkofthisthesisfollowas:1.AccordingtotheDC/DCunderthedifferentoutercircumstances&packagingparameters,takinggoodadvantagesoffiniteelementthermalsimulationtechnique,Ihaveanalyzedthe3-DtemperaturefieldoftheD

7、C/DCandthemaininfluencingfactorsofthermalperformanceofDC/DCinthisarticle,whichinvolvethetemperatureonthegroundboarofpackaging,theconductivityfactorsofcementationlayer,thematerialofbaseplateandthegroundplateforpackaging,topologyofelectricalcircuit,schemethepowerdensityofchipand

8、theoutercircumstances.2.AccordingtohighpowerDC/DC,takingadvan