基于有限元分析的功率器件封裝熱阻研究.pdf

1、隨著人們對于半導(dǎo)體功率器件性能參數(shù)要求的不斷提高，半導(dǎo)體功率器件不斷朝著高電壓大電流的方向發(fā)展，不斷增加的熱功耗所引發(fā)的結(jié)溫升高以及器件相關(guān)可靠性能降低等問題逐漸成為制約其發(fā)展應(yīng)用的障礙。結(jié)溫升高不僅會(huì)造成半導(dǎo)體功率器件電學(xué)參數(shù)的漂移，也會(huì)影響器件可靠性，縮短其使用壽命。在電路設(shè)計(jì)的過程中，為了保證器件工作時(shí)的結(jié)溫被控制在規(guī)定范圍內(nèi)，將器件封裝熱阻以及外部散熱條件納入考慮就顯得非常重要。因此，半導(dǎo)體功率器件的封裝熱阻是器件生產(chǎn)制造廠商和

2、設(shè)計(jì)者需要關(guān)注的重要參數(shù)。本文綜述了工業(yè)生產(chǎn)中功率器件熱阻的相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)與測試方法，還建立了功率器件的有限元熱分析模型，對其封裝熱阻進(jìn)行理論研究。
　　一方面，本文依據(jù)JEDEC組織于1995年12月在文件JESD51中提出的熱阻的概念，描述了熱阻測試的基本原理。本文根據(jù)JESD51-1中規(guī)定的基于電學(xué)參數(shù)的動(dòng)態(tài)熱阻測試方法，使用AnaTech Phase11熱分析儀測試了不同封裝不同型號的功率器件的結(jié)殼熱阻以及結(jié)到環(huán)境的熱阻值。

3、實(shí)際測量獲得的大量測試結(jié)果表明：首先，結(jié)殼熱阻值與管芯的面積有關(guān)，管芯面積越大，結(jié)殼熱阻值越??；其次，結(jié)到環(huán)境的熱阻與封裝主體的體積有關(guān)，封裝體體積越大，結(jié)到環(huán)境的熱阻值越??；最后，結(jié)到環(huán)境的熱阻值與封裝結(jié)構(gòu)有關(guān)，塑封料和銅框架的改變對結(jié)到環(huán)境的熱阻值均有影響。
　　另一方面，本文利用有限元分析軟件ANSYS對TO-220F封裝形式的功率器件進(jìn)行了建模和穩(wěn)態(tài)熱分析仿真。以此模型為基礎(chǔ)，本文探究了邊界條件、管芯面積、封裝體尺寸、焊料