大功率晶闸管热阻抗分析方法的研究 被引量：41

1

作者 蓝元良 汤广福 +2 位作者 印永华 周孝信 辛玉梅 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第19期1-6,共6页

随着柔性交流输电和高压直流输电设备在我国电力系统中应用越来越广泛,以晶闸管为主组成的高电压大电流电子阀等核心技术已成为研究焦点。晶闸管的结温及其变化影响晶闸管的电学特性及其使用寿命,而晶闸管的热阻抗直接影响晶闸管的结温... 随着柔性交流输电和高压直流输电设备在我国电力系统中应用越来越广泛,以晶闸管为主组成的高电压大电流电子阀等核心技术已成为研究焦点。晶闸管的结温及其变化影响晶闸管的电学特性及其使用寿命,而晶闸管的热阻抗直接影响晶闸管的结温,因此,晶闸管的传热特性及其建模方法的研究对于晶闸管及其阀的研制具有很重要的现实意义。论述了现有热阻抗分析及其建模的方法,即试验方法和数学物理方法,分别讨论了它们的建模过程及建模结果一等效热阻抗网络。提出了Foster热阻抗网络转换成Cauer热阻抗网络的"直接恒等法"以及一种通过有限元数字仿真分析晶闸管内部温度场以及求解晶闸管结壳热阻抗的方法,该方法的有效性通过了实测数据的验证。 展开更多

关键词 晶闸管 热阻抗 热阻 有限元方法

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界面导热材料研究进展 被引量：25

2

作者 丁孝均 赵云峰 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2010年第6期5-9,共5页

综述了导热脂、导热胶黏剂、导热橡胶、导热胶带及相变材料等几类界面导热材料(TIMs)的组成成分、制备方法、主要性能、应用领域及其优化设计方法,并对国内外界面导热材料的发展进行了展望。

关键词 外界面 导热材料 研究进展 Materials INTERFACE 优化设计方法 组成成分 制备方法 相变材料 导热橡胶 胶黏剂 性能 胶带 TIMS

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一种改进的并联IGBT模块瞬态电热模型 被引量：17

3

作者 唐云宇 林燎源 马皓 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第12期88-96,共9页

在大功率系统中,为了扩大电路的功率等级,开关器件往往会并联使用。为了保证绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块工作在安全范围,需要建立并联器件的瞬态电热模型。首先,重点分析了结温变化对损耗产生的影响,通过建立不同开关阶段等效电路分... 在大功率系统中,为了扩大电路的功率等级,开关器件往往会并联使用。为了保证绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块工作在安全范围,需要建立并联器件的瞬态电热模型。首先,重点分析了结温变化对损耗产生的影响,通过建立不同开关阶段等效电路分析推导电压、电流变化规律。同时,通过搭建测试电路得出受温度影响的参数与温度之间的定量关系。其次,在考虑并联器件之间的散热路径耦合基础上,提出并分析了一种改进的IGBT并联热阻抗模型。最后,基于损耗模型和热阻抗模型建立IGBT并联电热模型。搭建实验平台比较不同模块安装距离对瞬态结温的影响。与传统模型比较,计算结果与实验测试结果吻合,验证了改进的电热模型的准确性。 展开更多

关键词 IGBT并联 损耗模型 热阻抗 电热模型

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车载IGBT器件封装装片工艺中空洞的失效研究 被引量：13

4

作者 施建根 孙伟锋 +2 位作者 景伟平 孙海燕 高国华 《电子与封装》 2010年第2期23-27,共5页

IGBT芯片在TO-220封装装片时容易形成空洞,焊料层中空洞大小直接影响车载IGBT器件的热阻与散热性能,而这些性能的好坏将直接影响器件的可靠性。文章分析了IGBT器件在TO-220封装装片时所产生的空洞的形成机制,并就IGBT器件TO-220封装模... IGBT芯片在TO-220封装装片时容易形成空洞,焊料层中空洞大小直接影响车载IGBT器件的热阻与散热性能,而这些性能的好坏将直接影响器件的可靠性。文章分析了IGBT器件在TO-220封装装片时所产生的空洞的形成机制,并就IGBT器件TO-220封装模型利用FEA方法建立其热学模型,模拟结果表明:在装片焊料层中空洞含量增加时,热阻会急剧增大而降低IGBT器件的散热性能,IGBT器件温度在单个空洞体积为10%时比没有空洞时高出28.6℃。同时借助工程样品失效分析结果,研究TO-220封装的IGBT器件在经过功率循环后空洞对于IGBT器件性能的影响,最后确立空洞体积单个小于2%,总数小于5%的装片工艺标准。 展开更多

关键词 IGBT 装片 空洞 热阻 失效研究

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晶闸管结温计算方法综述 被引量：12

5

作者 胡永银 李兴源 李宽 《华东电力》 北大核心 2013年第9期1881-1886,共6页

综述了用于测试晶闸管结温的间接测试法、直接测试法、热阻抗等效法和数值计算等方法。总结了各方法的应用场合,比较了各方法的优缺点,并指出了今后发展的趋势和研究方向。

关键词 晶闸管 直流输电 结温 热阻抗

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基于瞬态热阻抗模型的氧化锌压敏电阻散热能力研究 被引量：8

6

作者 张欣 行鸿彦 +1 位作者 杨天琦 宋晨曦 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2014年第6期19-23,共5页

针对交流环境中氧化锌压敏电阻(Metal Oxide Varistor,MOV)芯片热熔穿热劣化过程中散热能力的研究对试验依赖性强的问题,在分析MOV芯片散热能力基础上,提出了利用瞬态热阻抗参量表述其散热特性,建立了适用于MOV芯片的瞬态热阻抗模型,研... 针对交流环境中氧化锌压敏电阻(Metal Oxide Varistor,MOV)芯片热熔穿热劣化过程中散热能力的研究对试验依赖性强的问题,在分析MOV芯片散热能力基础上,提出了利用瞬态热阻抗参量表述其散热特性,建立了适用于MOV芯片的瞬态热阻抗模型,研究了片径和热熔穿电流对MOV芯片瞬时散热能力的影响。试验结果表明:热熔穿过程中,MOV芯片散热量除与片径有关外,还与通过电流值有关,是随时间和温度变化的量,并且随着通电时间延长其势垒高度降低同时散热能力增强。试验结果验证了模型的正确性,说明了所建立的瞬态热阻抗模型可定量反映MOV芯片散热能力大小,为研究MOV芯片热熔穿热劣化提供理论依据。 展开更多

关键词 氧化锌压敏电阻 散热能力 热阻 瞬态热阻抗模型 电涌保护器 热熔穿

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基于Transformer模型的IGBT剩余寿命预测 被引量：9

7

作者 葛建文 黄亦翔 +1 位作者 陶智宇 刘成良 《半导体技术》 CAS 北大核心 2021年第4期316-323,共8页

为了提前预测IGBT的剩余寿命(RUL),减小失效造成的损失并辅助维护,提出了一种基于Transformer模型的RUL预测方法,使用瞬态热阻曲线预测RUL。首先,使用不同的热循环参数进行老化试验,观察到IGBT模块结-壳瞬态热阻会随着老化而变化;然后,... 为了提前预测IGBT的剩余寿命(RUL),减小失效造成的损失并辅助维护,提出了一种基于Transformer模型的RUL预测方法,使用瞬态热阻曲线预测RUL。首先,使用不同的热循环参数进行老化试验,观察到IGBT模块结-壳瞬态热阻会随着老化而变化;然后,通过处理采集到的数据,计算出瞬态热阻并删除异常值;最后,训练一个Transformer神经网络来预测IGBT的寿命。试验结果表明,根据瞬态热阻的变化,神经网络能很好地预测IGBT剩余寿命。Transformer模型平均预测误差为0.188%,与长短时记忆网络模型进行对比,Transformer模型的预测准确度提高了0.126%。 展开更多

关键词 IGBT 剩余寿命(RUL)预测 热阻 神经网络 Transformer模型

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高电压大电流晶闸管组件的热特性 被引量：8

8

作者 张星汝 冯冰洋 +4 位作者 刘俊 李元晟 肖豪龙 张梦瑜 何孟兵 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期88-92,共5页

晶闸管具有控制特性好、寿命长、噪声小等优点,目前在脉冲功率技术应用中,利用大功率晶闸管代替传统气体开关是研究趋势。晶闸管在高电压、大电流、重复频率工作条件下使用,需要对开关组件进行仔细的选型和组合。基于晶闸管的失效机理,... 晶闸管具有控制特性好、寿命长、噪声小等优点,目前在脉冲功率技术应用中,利用大功率晶闸管代替传统气体开关是研究趋势。晶闸管在高电压、大电流、重复频率工作条件下使用,需要对开关组件进行仔细的选型和组合。基于晶闸管的失效机理,对晶闸管组件在高电压、大电流、高di/dt,高du/dt、重复频率工作下的发热问题进行了理论分析、仿真计算和试验研究,对晶闸管组件在重复频率脉冲功率系统中的使用条件给出了理论依据。随着晶闸管工作电压、电流、频率增大,晶闸管的热损耗也越大,晶闸管的发热也越严重。为保证晶闸管安全稳定地工作,需要结温保持在安全范围内,不能长时间在重复频率下工作。 展开更多

关键词 高功率脉冲电源 脉冲功率开关 晶闸管 热特性 热阻抗

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焊料层空洞面积对功率器件电阻和热阻的影响 被引量：8

9

作者 郑钢涛 陈素鹏 +1 位作者 胡俊 李国元 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2010年第11期1059-1063,1129,共6页

芯片粘贴焊料层是功率器件导热和导电的主要通道,虽然它一般只有几十微米厚,但是却在很大程度上影响着器件的性能和可靠性。采用了高低温冲击的方法对功率器件进行老化,分析器件焊料层空洞面积的改变对器件电热性能的影响。采用超声波扫... 芯片粘贴焊料层是功率器件导热和导电的主要通道,虽然它一般只有几十微米厚,但是却在很大程度上影响着器件的性能和可靠性。采用了高低温冲击的方法对功率器件进行老化,分析器件焊料层空洞面积的改变对器件电热性能的影响。采用超声波扫描(SAM)的方法检测了器件空洞面积的改变量,测试了器件在老化前后的导通电阻和瞬态结到壳的热阻,并进行对比,揭示了功率器件性能退化的机理。实验结果表明,焊料层空洞面积的增加降低了器件导热和导电的能力,器件的导通电阻和热阻随着空洞面积的增加而线性增加。给出了天津环鑫的功率N-MOSFET:50N06的空洞面积的改变(ΔA)与电阻改变(ΔR)和热阻改变(ΔZθjc)的关系。 展开更多

关键词 功率器件 芯片粘贴 空洞 导通电阻 热阻

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结温在线控制系统的IGBT功率模块热耦合模型 被引量：5

10

作者 耿莉 陈治明 +2 位作者 R.Kruemmer T.Reimann J.Petzoldt 《微电子学》 CAS CSCD 北大核心 2003年第4期294-297,共4页

　应用有限元法,对IGBT功率模块的三维热分布进行了仿真研究,得到了器件的稳态热阻及瞬态热阻抗。研究了功率模块各芯片之间的相互热影响,提出了热耦合效应热模型的统一结构,基于对瞬态热阻抗曲线的拟合,得到热模型的相关参数,从而建立... 　应用有限元法,对IGBT功率模块的三维热分布进行了仿真研究,得到了器件的稳态热阻及瞬态热阻抗。研究了功率模块各芯片之间的相互热影响,提出了热耦合效应热模型的统一结构,基于对瞬态热阻抗曲线的拟合,得到热模型的相关参数,从而建立了热耦合效应热模型。以一个降压变换器为例,阐述了结温在线控制系统的工作原理,并将热模型应用于该系统中,计算结果与测量结果非常一致。 展开更多

关键词 结温 在线控制系统 IGBT功率模块 热耦合模型 热阻抗

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散热底板对IGBT模块功率循环老化寿命的影响

11

作者 常桂钦 罗海辉 +2 位作者 方超 陈杰 黄永章 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期2485-2495,共11页

功率半导体模块通常采用减小结壳热阻的方式来降低工作结温,集成Pin-Fin基板代替平板基板是一种有效的选择。两种封装结构的热阻抗特性不同,可能对其失效机理及应用寿命产生影响。针对平板基板和集成Pin-Fin基板两种常见车规级IGBT模块... 功率半导体模块通常采用减小结壳热阻的方式来降低工作结温,集成Pin-Fin基板代替平板基板是一种有效的选择。两种封装结构的热阻抗特性不同,可能对其失效机理及应用寿命产生影响。针对平板基板和集成Pin-Fin基板两种常见车规级IGBT模块进行了相同热力测试条件(结温差100 K,最高结温150℃)下的功率循环试验,结果表明,散热更强的Pin-Fin模块功率循环寿命低于平板模块。失效分析显示,两者失效模式均为键合线脱附,但Pin-Fin模块的键合失效点集中在芯片中心区域,而平板模块的键合失效点则较为分散。基于电-热-力耦合分析方法,建立功率循环试验的有限元仿真模型,结果表明,Pin-Fin模块的芯片温变梯度更大,芯片中心区域键合点温度更高,使芯片中心区域的键合点塑性变形更大,导致其寿命较平板模块更短,与试验结果吻合。 展开更多

关键词 绝缘栅双极型晶体管 散热底板 热阻抗 功率循环寿命 有限元分析

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柔直换流阀功率模块热阻抗综合分析方法 被引量：1

12

作者 李标俊 向权舟 +1 位作者 姚传涛 王宁 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期238-247,共10页

随着柔性直流输电技术在我国输电领域的广泛应用,以半导体功率器件实现转换、控制、传输的功率模块可靠性愈加得到重视。热失效故障是功率模块常见的故障原因之一。为了准确分析功率模块的热可靠性,保证功率模块安全可靠运行,提出了功... 随着柔性直流输电技术在我国输电领域的广泛应用,以半导体功率器件实现转换、控制、传输的功率模块可靠性愈加得到重视。热失效故障是功率模块常见的故障原因之一。为了准确分析功率模块的热可靠性,保证功率模块安全可靠运行,提出了功率模块热阻抗综合分析方法,该方法基于传统Foster、Cauer热阻抗模型,将热阻抗参数转换为场域参数,利用建模软件建立半导体功率器件的热阻抗等效有限元仿真模型,对半桥功率模块进行瞬态热场仿真计算。搭建了温度循环试验平台,将器件散热器测温点温度实测值与仿真值进行对比验证。结果表明,实测值与仿真值在散热器不通水的0~50 s内误差率<±5%,满足精度要求。该功率模块热阻抗综合分析方法具有一定的正确性和可行性,可适用于同类型功率模块秒及秒级以上时间尺度的热仿真研究。 展开更多

关键词 柔性直流输电 功率模块 热可靠性 热阻抗 有限元 温度循环

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基于FC技术的AlGaN/GaN HEMT 被引量：5

13

作者 陈晓娟 刘新宇 +4 位作者 邵刚 刘键 和致经 汪锁发 吴德馨 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期990-993,共4页

采用FC技术将管芯倒扣至AlN基板散热的AlGaN/GaN HEMTs,并通过热阻模型分析了FC方式的散热机理.从测试结果看,器件的热阻可大幅降到14 .9K·mm/W,直流特性明显增加,饱和电流提高33%.表明采用FC技术有效改善了器件散热,而且引入的寄... 采用FC技术将管芯倒扣至AlN基板散热的AlGaN/GaN HEMTs,并通过热阻模型分析了FC方式的散热机理.从测试结果看,器件的热阻可大幅降到14 .9K·mm/W,直流特性明显增加,饱和电流提高33%.表明采用FC技术有效改善了器件散热,而且引入的寄生电感较小,可获得更大输出功率.如果进一步完善频率特性的优化,可以加快FC技术的AlGaN/GaN大功率HEMT器件的实用化进程. 展开更多

关键词 ALGAN/GAN HEMT FC 倒扣 热阻

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V形槽硅微通道冷却器研制 被引量：5

14

作者 李奇峰 吕文强 +1 位作者 武德勇 唐淳 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第B04期114-116,共3页

报道了V形槽硅微通道冷却器的结构和主要制作工艺,研制了冷却器样品。性能测试结果表明冷却器在供水压力为2×105Pa时,封装面热阻尼系数为0.051 ℃·cm2/W,能够用于封装峰值功率密度达到1 kW/cm2、工作占空比大于10%的激光二极... 报道了V形槽硅微通道冷却器的结构和主要制作工艺,研制了冷却器样品。性能测试结果表明冷却器在供水压力为2×105Pa时,封装面热阻尼系数为0.051 ℃·cm2/W,能够用于封装峰值功率密度达到1 kW/cm2、工作占空比大于10%的激光二极管面阵。其冷却能力与数值模拟结果较吻合,尚存在流量较小的问题,原因可能在于导流槽内存在较大的水头损失,同时与导流槽的结构有关。 展开更多

关键词 V形槽 硅微通道冷却器 热阻 激光二极管面阵

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测量激光二极管条微沟道封装热沉的热阻尼系数 被引量：2

15

作者 戴特力 罗於静 +1 位作者 王华 梁一平 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2000年第3期29-31,共3页

重庆师范学院应用物理研究室已经用自己的工艺制造出高功率激光二极管线阵的微沟道冷却封装组件。通过泵压一流量 ,耗散热一温升 ,激光峰位波长—压强差倒数等曲线的测量可推算出的该器件热阻系数随水力学功变化的公式。

关键词 激光二极管 微沟道冷却组件 热阻系数 封装 热沉

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VDMOS器件贴片工艺中气泡的形成机制与影响 被引量：4

16

作者 潘少辉 何伦文 +1 位作者 汪礼康 张卫 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2007年第5期436-439,共4页

功率MOS管的封装贴片工艺会在贴片层中引入气泡,从而严重降低器件的机械性能、热性能和电学性能。本研究就VDMOS管D-PAK封装模式,给出了贴片工艺中气泡的产生机制及其影响,并利用FEA方法建立了其D-PAK封装的热学模型。根据模拟结果,在... 功率MOS管的封装贴片工艺会在贴片层中引入气泡,从而严重降低器件的机械性能、热性能和电学性能。本研究就VDMOS管D-PAK封装模式,给出了贴片工艺中气泡的产生机制及其影响,并利用FEA方法建立了其D-PAK封装的热学模型。根据模拟结果,在贴片层中气泡含量提高时,热阻会急剧增大而降低器件的散热性能。 展开更多

关键词 横向双扩散金属氧化物 贴片工艺 有限元分析法 热阻

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基于PSpice的晶闸管电热模型研究 被引量：3

17

作者 赵波 文玲锋 +1 位作者 乔尔敏 邓占锋 《电力电子技术》 CSCD 北大核心 2009年第12期84-86,共3页

建立了一种新型的晶闸管PSpice电热模型,包含热模型和电模型,能提供发热和电气参数之间的动态关系,预测晶闸管结温的变化。该模型中所需要的热阻抗参数可以通过有限元方法得到,电气参数可通过数据手册和Matlab等工具得到。PSpice仿真结... 建立了一种新型的晶闸管PSpice电热模型,包含热模型和电模型,能提供发热和电气参数之间的动态关系,预测晶闸管结温的变化。该模型中所需要的热阻抗参数可以通过有限元方法得到,电气参数可通过数据手册和Matlab等工具得到。PSpice仿真结果与数据手册信息和实际情况相吻合,验证了该模型的实用性。 展开更多

关键词 晶闸管 损耗 热阻抗 电热模型

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引入压接技术的IGBT模块热仿真模型研究 被引量：2

18

作者 韩立业 孟昭亮 《微处理机》 2017年第1期1-5,共5页

IGBT在大功率工作条件下开关损耗很大,造成IGBT模块内部温度升高,对模块的工作稳定性造成很大影响。尽管随着IGBT芯片技术的进步,IGBT模块最高结温大大提高了,但是对模块散热却有很高的要求,大大增加了IGBT模块工作时的成本。在目前IGB... IGBT在大功率工作条件下开关损耗很大,造成IGBT模块内部温度升高,对模块的工作稳定性造成很大影响。尽管随着IGBT芯片技术的进步,IGBT模块最高结温大大提高了,但是对模块散热却有很高的要求,大大增加了IGBT模块工作时的成本。在目前IGBT工艺技术没有大进步的前提下,利用烧结技术和压接技术等封装技术对IGBT模块内部结构进行优化,降低模块工作时的温度,增强模块工作稳定性,增加模块的使用寿命。通过对1200V-800A IGBT模块内部结构进行分析,并对IGBT模块进行建模,在原有IGBT模块基础上,引入纳米银烧结技术和压接技术,得到优化后的IGBT模块结构模型,在仿真软件中完成模块建模和热仿真。通过对比原有IGBT模块和优化后IGBT模块的热仿真结果,验证优化后IGBT模块结构可行性。 展开更多

关键词 烧结技术 压接技术 IGBT模块结构 热阻抗 热应力 热仿真

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地铁车辆IGBT瞬态结温计算方法研究 被引量：3

19

作者 曾文杰 李华 +3 位作者 贺冠强 马升潘 万伟伟 何凯 《机车电传动》 北大核心 2021年第6期140-146,共7页

基于IGBT模块封装的物理结构,分析了热量冲击导致芯片失效的主要原理。根据芯片热损耗的主要传递路径,建立了热量传递各环节的瞬态传热模型,并分别给出了瞬态温升计算方法。尤其对热量传递模型较复杂的走行风冷热管式散热器进行了详细... 基于IGBT模块封装的物理结构,分析了热量冲击导致芯片失效的主要原理。根据芯片热损耗的主要传递路径,建立了热量传递各环节的瞬态传热模型,并分别给出了瞬态温升计算方法。尤其对热量传递模型较复杂的走行风冷热管式散热器进行了详细分析和试验研究,并给出了获取散热器热阻抗模型实时参数的有效解决方法;最后,对芯片瞬态结温计算方法进行了总结,并开发了软件工具。文章介绍的计算方法和软件工具可推广应用,为IGBT模块瞬态结温计算提供重要参考。 展开更多

关键词 IGBT 二极管 热损耗 热阻抗 结温 地铁车辆

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电子系统热管理设计与验证中的结温估算与测量 被引量：1

20

作者 石秦 曹宗生 +2 位作者 龙威 宋立新 孟广国 《电子设计工程》 2012年第6期162-165,共4页

针对电子系统容易出现的热失效问题,论述在电子系统的热管理设计与验证中,对半导体器件结温的估算和测量方法。通过测量半导体器件内部二极管参数,来绘制二极管正向压降与其温度关系曲线,进而求解出器件的结温估算值,以指导热管理设计;... 针对电子系统容易出现的热失效问题,论述在电子系统的热管理设计与验证中,对半导体器件结温的估算和测量方法。通过测量半导体器件内部二极管参数,来绘制二极管正向压降与其温度关系曲线,进而求解出器件的结温估算值,以指导热管理设计;采用热分布测量和极值测量来计算器件的实际结温,对热管理设计进行评估、验证。使用所述估算和测量方法,可到达±5%精确度的半导体结温测算,能够有效评估器件在特定电子系统中的热可靠性,为实现可靠热管理提供可信的数据分析基础。 展开更多

关键词 热管理 热设计 结温 热阻 功耗 可靠性

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