【摘 要】
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作为新型宽禁带半导体功率器件,碳化硅(SiC)MOSFET模块内瞬态热特性目前还没有得到充分研究。相较于硅基器件而言,SiC MOSFET的芯片面积较小,电流密度高,且随着其功率等级、功率密度和开关频率的不断提升,SiC MOSFET需要承受更高的工作温度,在循环温度冲击下,模块各层的瞬态最高结温往往高于稳态结温,且长时间的温度波动对模块的可靠性影响很大。因此研究SiC MOSFET模块瞬态热特性
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作为新型宽禁带半导体功率器件,碳化硅(SiC)MOSFET模块内瞬态热特性目前还没有得到充分研究。相较于硅基器件而言,SiC MOSFET的芯片面积较小,电流密度高,且随着其功率等级、功率密度和开关频率的不断提升,SiC MOSFET需要承受更高的工作温度,在循环温度冲击下,模块各层的瞬态最高结温往往高于稳态结温,且长时间的温度波动对模块的可靠性影响很大。因此研究SiC MOSFET模块瞬态热特性,对模块内芯片瞬态热调控、提高功率模块的可靠性有着重要意义。首先,本文以传热原理为基础,在考虑多芯片热耦合的情况下,对传统Cauer热网络模型进行优化,推导了瞬态热网络模型中热阻热容、互热阻互热容的计算式,之后结合不同热扩散角的计算方法,建立了考虑多芯片热耦合的瞬态Cauer热网络模型。其次,建立了 SiC MOSFET三维几何模型,分析了 SiC MOSFET模块的热流路径,对比分析了有限元仿真结果与瞬态Cauer热网络模型的仿真结果,验证了 SiC MOSFET瞬态Cauer热网络模型的有效性。最后,在SPWM调制工况下,对SiC MOSFET模块内芯片瞬态热特性进行研究,利用仿真软件获取不同芯片布局、不同DBC陶瓷层材料及厚度对模块瞬态热特性的影响,总结了不同芯片布局以及不同DBC陶瓷层材料及厚度对模块瞬态热特性的影响规律,为功率模块内部布局提供了参考依据。
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