热应力集中(热斑)是造成双极功率晶体管失效的主要原因之一,随着器件功率密度越来越高,减少热斑、提高器件的热性能是未来双极功率晶体管面临的挑战,通过热分布模型对双极功率晶体管热性能进行研究可以经济、快速地为双极功率晶体管的封装设计、工艺优化和芯片的热设计提供重要的参考依据。本文采用热分布研究的有限体积法,使用Flotherm软件对双极功率晶体管进行建模并对其热分布进行了研究,主要包括:1.分析了TO-220封装的双极功率晶体管传热机理,用FLOTHERM软件,建立了TO-220双极功率晶体管的热分布模型,通过稳态仿真研究了焊接层空洞、厚度、面积和引线框架厚度等对其稳态热分布的影响,得出了晶体管在不同条件下的温度分布并讨论了稳态热阻随封装结构的变化规律。2.通过TO-220双极功率晶体管模型的瞬态仿真,研究了焊接层对其瞬态热分布的影响,讨论了双极功率晶体管的单脉冲SOA,通过仿真得出了单脉冲下双极功率晶体管的热分布数据,以及晶体管在不同脉冲下的热分布,分析了其工作状态下的抗浪涌能力,可为客户使用提供参考。3.使用点测温法、红外热像法、电学法等,通过实验对稳态和瞬态仿真结果的准确性进行了验证。4.对双极功率晶体管的热电反馈效应进行了研究,提出将热电反馈效应问题简化为材料电阻率随温度变化的问题,并通过晶体管阵列,提出了建立包含热电反馈效应的双极晶体管热分布模型的方法。5.讨论了减少热斑的主要思路和方法,通过人、机、料、法、环等要素分析封装优化的重点方向和方法,以提高双极功率晶体管热性能,减少热斑,指出改善芯片电流密度分布不均匀的主要思路,对几种芯片结构设计的优劣进行了分析,并介绍了改善芯片设计的一些成功案例。