基于结构函数的IGBT热特性研究.pdf

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1、第5O卷第12期电力电子技术Vo1.50,No.122O16年l2月PowerElectronicsDecember2016基于结构函数的IGBT热特性研究熊文雯,张小玲,谢雪松,任云(北京工业大学,电子信息与控制工程学院,北京100124)摘要:根据绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件工作时的传热原理.运用基于有限元法的分析软件ANSYS建立了1种IGBT三维热模型,进行瞬态仿真及结构函数分析。基于结构函数分析所得的热阻热容曲线,从芯片和焊料层接触面积、焊料层厚度、铜基板厚度和焊料层空洞等角度分析了可能影响器件热特性的因素。研究结果表明,相比传统的半导体器件热阻测试方法,结构函

2、数法不仅能获得器件结到周围环境总体热阻值。还能无损地获取器件内部各结构层的热阻热容,分析器件内部结构变化。为研究和评估器件的热特性提供可靠的依据。关键词:绝缘栅双极型晶体管;热模型;热特性;结构函数中图分类号:TN32文献标识码:A文章编号:1000一lOOX(2O16)12—0011-04StudyoftheThermalCharacteristicsofIGBTBasedonStructureFunctionXIONGWen·wen,ZHANGXiao-ling,XIEXue—song,RENYun(BeijingUniversofTechnology,Beefing100

3、124,China)Abstract:BasedontlleprincipleofheattransferIGBTdevicesatwork.anovelIGBT3-Dthermalmodelisimple—mentedbyfiniteelementanalysissoftware.Thismodelisusedtotransientsimulationandstructurefunctionanalysis.Aspectsfromdiferentchip-soldercontactarea,solderthicknesses,Cuthicknessandvoid,difere

4、ntmodelsaresimu.1atedandusedtoanalyzethefactorsthatmayafectthethermalperformanceofthedevicebasedoncumulativestructurefunctioncurve.Theresultsshowthatcomparedwiththetraditionalthermalresistancetestmethodofsemi-conductordevices,structurefunctionmethodcannotonlyobtainthejunction.ambientthermalr

5、esistance,hutalsothethermalresistanceandcapacityofeachlayerofdevices.Itcanhelptoanalyzethechangesofinternalstructureandprovidereliablebasisforresearchandevaluationofthermalcharacteristicsofsemiconductordevice.Keywords:insulatedgatebipolartransistor;thermalmodel;thermalcharacteristics;structu

6、refunction1引言在此基于结构函数理论,自主研发了结构函数分析软件。根据TO.247封装IGBT尺寸,通过有IGBT在使用时面临的主要问题是工作中产生限元分析软件建立三维热模型。分别改变器件芯的大功率损耗会造成器件的自升温。影响器件稳片和焊料层接触面积、焊料层厚度、铜基板厚度及定性,直至影响整个系统可靠性[1]。热阻是衡量器焊料层空洞.对模型进行瞬态仿真得到瞬态响应件散热性能好坏的重要参数。曲线。提取瞬态响应曲线数据作为分析软件的输常用的热阻测试方法中。电学法只能获取器入。得到结构函数曲线进行分析。同时,对同批次件总热阻。红外法获取芯片温度分布会对器件造同类型的两个IG

7、BT的积分结构函数曲线进行对成永久损伤【2】。它们都无法获取器件内部热阻分比。通过其偏移量来判断焊接工艺的好坏,并利用布情况。而结构函数法是基于电学法得到的瞬态X.Ray来证明两支封装器件在工艺上的差别。响应曲线,通过数值解析,能无损地获取器件内部热阻热容构成。利用结构函数法进行热阻构成分2结构函数理论析的主流仪器价格昂贵,不利于大规模生产使用。对于封装半导体器件热阻构成分析。部分学因此,自主研发结构函数分析软件具有实际意义。者提出了结构函数法[6】。若热传导路径基本是一近年来.人们在热特性

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