GaAs场效应微波功率器件稳态热场分析的等效结构模型

提出了用于计算ＧａＡｓ场效应微波功率器件峰值沟道温度的等效结构模型．其中底座与芯片等截面的等效厚度处理和多胞单胞化处理，使计算工作量下降约二个数量级．计算的峰值沟道温度与修正（包括了胞内热场分布影响、胞间热场分布影响和瞬态冷却过程影响）后的电学法测量值的差别约为３℃．

模拟器件稳态热场正确性的判断方法

对稳态热场 ,二个水平剖面 A和 B所夹的薄层上的温差必须严格等于本文提出的平均值定理的计算值 .当芯片、基片和底座的截面大小一样时 ,可以直接根据平均值定理计算出芯片、基片和底座的每一水平剖面上的平均温度 ,通常可以手工完成 ;当芯片、基片和底座的截面大小不一样时 ,可以通过数据合成根据平均值定理计算出芯片、基片和底座的每一水平剖面上的平均温度 .如果计算中有的参数如沟道长度不十分清楚时 ,应作模拟了解该参数对热斑温度的影响 ,必要时对该参数进一步了解以保证模拟精度 .

计算多芯片多基片模块稳态热场的层次模型

提出的层次模型将包括多芯片多基片模块的复杂热场模拟 ,分解为有确定耦合关系的形状简单的层次单元的热场计算 ,通过迭代将分区计算结果连成模块的热场 .在计算一个层次单元 (芯片、基片或底座 )的热场时 ,将其所在的层次单元 (母层次单元 )的上表面温度 ,作为该层次单元下表面的边界条件 ,而把它上表面上的层次单元 (子层次单元 )的下表面的向下热流作为置于它上表面的等效热源 .通过芯片→基片→底座→基片→芯片→基片…的几轮迭代就可收敛到正确值 .提出的层次单元间的耦合强度 (即每轮计算中 ,母层次单元上表面的温度改变不是全部 ,而是部分用于更新其子层次单元的下表面的边界条件 )保证了所有情况下的迭代收敛 .层次模型算法不仅速度数量级地高于普通的模块一体计算 ,而且热场与产生它的热源关系清楚 ,便于指导模块设计 .计算与测量在实验误差 ( 5℃ )

柔性直流换流阀IGBT器件散热性能分析

针对高压柔性直流输电系统换流阀用焊接式绝缘栅双极型晶体管(insulated gate biopolar transistor,IGBT)器件开展了发热机理和散热特性研究。基于器件发热特点,首先采用瞬态双曲线法对器件的热阻进行测试并确定了器件总热阻,总热阻与根据器件结构参数和各层材料导热系数求解得到的结果一致,验证了用于有限元模型各层材料导热系数选取的准确性。然后建立了器件完整的三维有限元模型,包括芯片、DCB板、基板、硅胶和外壳等,依次开展器件稳态热场、瞬态热场和热力耦合场计算。稳态热场计算表明,基板对流换热系数的取值是器件散热的关键,改变器件上层的硅胶导热系数对散热效果不明显;瞬态热场计算可知,在28 s后器件温升达到稳态,最高运行温度为80.2℃,各芯片热均匀性良好;以稳态热场结果作为荷载开展了器件的应力计算,结果表明器件翘曲和残余应力小,运行可靠性好。通过测试和仿真手段详尽地分析了IGBT器件的散热特性,可以为后续器件优化设计和可靠运行提供良好技术支持。