焊接式IGBT模块结构设计与性能分析

设计了一款半桥结构的焊接式绝缘栅双极型晶体管（IGBT）模块。模块内部电路整体布局设计为IGBT的正负母线端子在直接覆铜（DBC）板的一端,DBC板的另一端为IGBT的交流输出端,两块DBC板通过键合线连接在一起,形成半桥结构。为了解决IGBT模块热分布不均匀的问题,模块内部的芯片采用交错式布局,减小了芯片之间的热耦合,有效降低模块工作时的温度,提高了IGBT的可靠性。利用Solidworks三维绘图软件对模块内部布局和整体结构进行设计,在ANSYS Workbench仿真软件中对IGBT模块的整体结构进行了热特性仿真,最后对所设计的IGBT模块进行了封装和测试。测试结果表明：本次设计的焊接式IGBT模块具有很好的电气特性,在开关过程中没有明显的振荡,反向恢复电流和关断电压尖峰都控制在模块额定值的2倍以内。

高压非穿通P-i-N二极管等离子体抽取渡越振荡集总电路模型及封装抑制方法研究

高压非穿通P-i-N二极管反向恢复阶段产生等离子抽取渡越时间(plasma extraction transit time,PETT)振荡,对功率模块的驱动电路和设备EMC性能造成严重干扰。文中根据二极管PETT振荡阶段载流子运行特征将器件内部分为等离子区、漂移区和无源区3个区域并将各区域等效成电阻、电感和电容等集总电路参数,利用二极管等效电路与外围电路参数构建了PETT振荡集总电路模型。该模型可计算得到振荡阶段回路各阻抗的动态变化,复现PETT振荡失稳–自稳振荡现象。该集总电路模型表明PETT振荡出现根本原因是回路出现负阻,而负阻出现的原因是空穴渡越角位于π~2π之间,基于该模型解析得到回路寄生电感的优化范围,通过优化封装布局的方式可将空穴渡越角移出负阻出现的区间。最后,在模块内部通过优化绑定线布局将回路寄生电感调整至优化范围内,从而避免回路负阻以抑制PETT振荡的出现,实验证明了该封装抑制方法的有效性。

IGBT封装形式对结温测量精度的影响

高压大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件的不同封装形式(压接型IGBT器件和焊接式IGBT模块)使其热学特性尤其是散热路径存在很大差异,最终可能会影响结温测量方法的适用性和准确性。基于有限元法建立了可表征压接型封装和焊接式封装的等效热学仿真模型,详细研究了小电流下饱和压降结温测量法的物理过程,对比分析了两种封装形式结温测量的精确度。仿真结果表明,小电流下饱和压降结温测量法存在固有测量误差的问题,在高压大功率IGBT模块中尤为突出,但是由于压接型IGBT器件双面散热的特性使芯片内部温度分布更均匀,也使结温测量的误差相对较小。