绝缘栅双极晶体管(IGBT)是一种由MOSFET和双极功率晶体管结合而成的达林顿结构。它既具有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高的优点,又具有双极功率晶体管的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点。正因为这些优点,IGBT被越来越多的作为大功率和高压开关器件,应用于功率电子系统中。然而,高速以及高封装密度的。IGBT工艺导致了芯片高的功率密度以及工作温度,高的工作温度又导致了器件失效率的增加和可靠性的降低。因此,对IGBT这种大功率器件进行热分析是很有必要的。测量条件的不稳定性及测量工作的复杂性,给半导体器件的热特性研究带来了一定的困难,采用仿真的方法可有效地避免以上问题。　　 本论文主要针对IGBT的热特性以及影响其温度分布的因素,运用有限元分析软件ANSYS对IGBT器件进行了模拟分析。主要的研究内容和结论如下:　　 (1)根据IGBT的结构以及工作原理,建立了一个新的IGBT器件的三维热模型。　　 (2)在建立的IGBT的三维热模型基础上,对模型器件进行了稳态温度模拟与分析。结果表明,器件热源之间的热耦合是影响器件温度分布的因素之一。而热耦合的影响又随着器件功率的增大以及元胞间距的减小而增大。除了热耦合之外,半导体材料的热导率随温度变化也是导致IGBT器件工作温度升高的因素。模拟结果与红外实测结果的比较证实了所建立的IGBT三维热模型的合理性。　　 (3)对模型器件的瞬态温度分布进行了模拟分析,并与使用美国 AnalysisTech公司的Phase11半导体热分析仪对IGBT进行的实际测量结果进行对比。通过瞬态模拟,分析了不同的脉冲宽度以及占空比对瞬态热阻的影响。对不同焊料层厚度的瞬态模拟结果表明,器件焊料层的厚度对器件热阻的影响比较明显。另外,介绍了一种利用从瞬态热响应获得的数据,建立动态热学模型,提取结构函数来分析器件各层结构的热阻和热容以及检测器件封装质量的方法。　　 (4)通过模拟,研究了焊料层中不同尺寸、不同形状以及不同位置的空洞对器件温度分布的影响。分析表明,焊料层局部的空洞尺寸较大或者数量较多时,会使器件表面温度升高,从而容易引发热电反馈效应,在器件表面形成热斑,甚至造成器件烧毁。