針對IGBT功率器件在振動環(huán)境下的可靠性問題,采用正交試驗法構建16組不同的模塊結構,利用ANSYS軟件對模塊進行隨機振動分析和優(yōu)化設計。研究發(fā)現(xiàn)對焊接層影響因素由強到弱依次為基板厚度,焊接層厚度和基板大小。周期振動分析表明結構在頻率1523.2 Hz處產(chǎn)生共振現(xiàn)象。優(yōu)化分析過程中隨著基板厚度由2.5 mm提高到3.5 mm,焊接層的壽命從646.06 h增加到6797.95 h。研究結果表明參數(shù)優(yōu)化對器件結構設計起到理論指導作用,能夠有效提高IGBT器件的使用壽命。 

【文章來源】：電子元件與材料. 2020年11期 北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

IGBT模塊結構示意圖

本次建模采用SolidWorks軟件,IGBT模塊圖如圖2所示。本文設計不同結構的IGBT模塊,同時使用正交試驗來進行分析,找出不同結構件對模塊性能的影響,確定通過改變基板厚度、基板大小、焊接層厚度來進行分析,建立三因素四水平正交試驗,共有16種模塊結構,其中芯片(7 mm×7 mm×0.15 mm)、陶瓷板(30 mm×28 mm×0.38 mm)、DBC銅層(28 mm×25 mm×0.3 mm)的尺寸不變,各模塊構件變量尺寸參數(shù)如表1所示。

把應變值代入焊接層疲勞壽命計算模型,計算焊接層隨機振動載荷下疲勞壽命,結果得到試驗1至試驗4四組壽命分別為214.5 h,646.06 h,6797.95 h,40574.93 h。分析認為隨著基板厚度的增加,焊接層在隨機振動激勵下的壽命有較大提升。特別是在試驗2和試驗3中,隨著基板厚度由2.5 mm提高到3.5 mm,焊接層的壽命從646.06 h增加到6797.95 h,提高到10倍以上。但在實際生產(chǎn)過程中,不能無限制地增加基板厚度。基板太厚會導致散熱通道的延長,熱阻也會相應地變大,從而使得模塊的散熱效率下降;同時,增加基板厚度將使模塊的質(zhì)量增加,同時制造成本也會增加。因此,在結構設計時,根據(jù)實際情況,合理增加基板厚度能有效提高焊接層的壽命,元器件的可靠性才會得到相應的提高。圖4 各組試驗應變云圖

【參考文獻】：
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本文編號：2942348