【摘 要】
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IGBT作为能源转换和传输的核心器件,具有高效节能、高电压、大电流、高频率和易于开关等性能,适用于各类需要交流电和直流电转换及高低电压转换的应用场景,可提高用电效率和质量,被广泛应用在消费电子（汽车电子、家用电器、变频白色家电）和工业（轨道交通、智能电网、交通运输）领域。在国际节能环保的大趋势下,IGBT模块下游的新能源汽车、变频家电、新能源发电等领域发展迅速,对IGBT模块需求逐步扩大,新兴行业
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IGBT作为能源转换和传输的核心器件,具有高效节能、高电压、大电流、高频率和易于开关等性能,适用于各类需要交流电和直流电转换及高低电压转换的应用场景,可提高用电效率和质量,被广泛应用在消费电子（汽车电子、家用电器、变频白色家电）和工业（轨道交通、智能电网、交通运输）领域。在国际节能环保的大趋势下,IGBT模块下游的新能源汽车、变频家电、新能源发电等领域发展迅速,对IGBT模块需求逐步扩大,新兴行业的加速发展将持续推动IGBT市场的高速增长。由于IGBT对设计及工艺要求较高,而国内缺乏IGBT相关技术人才、工艺基础薄弱且企业产业化起步较晚,因此IGBT市场长期被大型国外跨国企业垄断。在国家利好政策的推动下,中国IGBT行业取得了一定的技术进步,推动了中国IGBT国产化进程。通过以IGBT模块键合线为研究对象,在建立IGBT模块电-热-力多场耦合模型的基础上,对正常工作和部分键合线脱落时的温度和剪切应力进行了综合分析。本篇论文主要解决IGBT模块50 A电流的均流以及热量集中分布问题,通过采用定量分析,参数对比,有限元分析等方法,使用Solid Works画图软件构建模型以及有限元仿真软件ANSYS模拟键合线的线径、线高、弧高、线长等问题进行模拟分析,最终得出满足50 A过流的均流以及散热分布均匀的IGBT模块键合线设计方案,所得到的结果成为最终设计方案,然后进行小批量生产,由于没有考虑工艺的影响,所以实际产品与仿真结果存在误差,通过可靠性试验检验所设计的IGBT模块能否满足工作需求和寿命要求,并依据可靠性数据预测IGBT模块使用寿命,验证IGBT模块键合线设计方案。键合线的合理设计可以提高IGBT模块的工作寿命;芯片表面结温和芯片中心对应于底板的温度均与键合线脱落根数落呈线性关系;键合线脱落故障不会造成模块的层结构损伤而使芯片到底板的稳态热阻抗增大。论文通过可靠性试验加速IGBT模块的工作过程,进一步研究IGBT键合线失效与电气参数的关系。在理论、仿真和测试方面都做了研究,尤其通过大量的可靠性试验数据分析键合线和芯片的性能,对于过程状态检测分析IGBT模块的电气参数,为判定键合线设计的合理性提供重要的参考依据,同时所使用的设计方法和验证方案对于其他功率器件的设计具有参考依据。
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