焊料层空洞对IGBT器件热稳定性的影响

为了查明封装疲劳对绝缘栅双极型晶体管（IGBT）热特性的影响,从封装结构的角度分析了焊料层空洞对IGBT器件热稳定性的影响规律。首先建立了IGBT芯片封装的有限元模型,然后结合传热学分析了焊料层空洞大小、位置以及分布对IGBT芯片最高结温的影响规律并进行了仿真,最后基于加速寿命实验进行了验证。结果表明：空洞率相同时,芯片对角线上的空洞对芯片最高结温的影响最大;位置相同时,芯片顶点位置空洞大小的变化对芯片最高结温的影响最大;2种情况下,单个空洞的影响均大于相同空洞率下的空洞分布影响,而空洞分布中的中心集中分布对芯片最高结温的影响最大;芯片最高结温随空洞率增大而近似呈线性关系增大,芯片结壳热阻与空洞率也近似呈线性关系增大,验证了理论分析的正确性。研究结论可从封装疲劳的角度对IGBT尽限应用提供指导。

基于结构函数的功率MOSFET器件热阻研究

热阻是衡量功率MOSFET器件散热能力的重要参数,对其准确测试与分析具有重要意义。基于结构函数理论,同一功率MOSFET器件在不同条件下进行两次实验,通过积分结构函数分离点来确定器件热阻。该方法简单准确,可重复性好,实验测试结果为0.5 K/W,与有限元(FE)建模获得的0.44 K/W符合较好。对比两不同批次器件的微分结构函数,其中一种器件微分结构函数发生0.2 K/W偏移,超声波扫描(SAM)发现该器件焊料层存有空洞,该方法可用来判断器件内部工艺的好坏。

粘结层空洞对功率器件封装热阻的影响

功率器件的热阻是预测器件结温和可靠性的重要热参数,其中芯片粘接工艺过程引起的粘结层空洞对于器件热性能有很大的影响。采用有限元软件Ansys Workbench对TO3P封装形式的功率器件进行建模与热仿真,精确构建了不同类型空洞的粘结层模型,包括不同空洞率的单个大空洞和离散分布小空洞、不同深度分布的浅层空洞和沿着对角线分布的大空洞。结果表明,单个大空洞对器件结温和热阻升高的影响远大于相同空洞率的离散小空洞;贯穿粘结层的空洞和分布在芯片与粘结层之间的浅空洞会显著引起热阻上升;分布在粘结层边缘的大空洞比中心和其他位置的大空洞对热阻升高贡献更大。

焊接层空洞率对LED背光源组件热阻的影响

焊接层空洞是引起电子器件和光电子器件失效的一种重要因素,同时也是应用系统可靠性研究的重要内容之一。它增大了焊接层的热阻使得功率半导体芯片由于散热不良而失效,本文通过实验研究了空洞率对LED背光源组件热阻的影响,结果显示随着焊接层空洞率的增大,样品结温与组件热阻都明显增加,且基本呈线性增长趋势,当空洞率约为17%时,热阻增长6.03%,结温提高1.74%;当空洞率约为73%时,热阻增长24.7%,结温提高9%。

焊料层空洞对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块温度分布的影响

作为新能源发电、电动汽车和智能电网的重要单元,IGBT模块得到越来越广泛的应用,其安全可靠性也受到更多的关注。当前功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件封装形式主要有焊接式和压接式两种;而其中焊接式发展较成熟,应用较广泛。作为构成IGBT模块的关键单元和实现IGBT模块功能的关键部分,焊料层的可靠性显得尤为重要。焊料层的失效形式主要有:空洞扩大、各材料的热膨胀系数不匹配导致的热疲劳;其中焊料层空洞由于焊接工艺局限性而难以避免。应用多物理场有限元仿真软件COMSOL,建立IGBT模块的三维模型;研究焊料层空洞不同位置、不同大小对IGBT模块芯片最高温度的影响;并研究新型材料Sn-Ag-Cu-0. 5Sb较传统焊料层材料Sn-Ag-Cu的优势。仿真结果表明同工况下,焊料为Sn-Ag-Cu-0. 5Sb时,芯片温度都比焊料为Sn-Ag-Cu时低一些,显示出较好的焊料性能。

焊层空洞对IGBT芯片温度的影响

焊层空洞是造成IGBT模块散热不良的主要因素,基于IGBT的七层结构,建立了IGBT模块封装结构的三维有限元模型并对其进行热分析,研究焊层空洞对IGBT芯片温度的影响。对比了有无焊层空洞时IGBT模块的整体温度分布,分析了空洞类型、空洞大小、空洞形状、空洞数量及空洞分布对IGBT芯片温度分布的影响。研究结果表明:芯片焊层空洞对芯片温度的影响较大,衬板焊层空洞对芯片温度的影响较小;贯穿型空洞对芯片温度的影响要大于非贯穿型空洞;单个空洞越大,IGBT芯片温度越高;相同形状的空洞,处于边角位置比处于焊层内部对芯片温度影响大;多个空洞分布越集中,芯片温度越高;焊层缝隙对芯片温度的影响要小于空洞对芯片温度的影响。因此,在封装过程中应避免出现芯片焊层空洞,以提高IGBT的可靠性。

焊层空洞对IGBT模块热应力的影响

焊层空洞是造成IGBT模块散热不良和疲劳失效的主要原因之一。考虑芯片场环区的影响,建立了IGBT模块封装结构的三维有限元模型;研究了不同焊层厚度、焊层空洞率和空洞位置对模块最高结温与最大等效应力的影响;探讨了焊层空洞对模块瞬态热阻抗的影响。

考虑焊料空洞损伤的IGBT双向热网络模型

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的老化状态和封装结构对IGBT芯片的结温及温度分布产生影响,但传统热网络模型往往会忽视硅胶和外壳对结温的影响,造成结温估计不准确。针对此问题建立考虑硅胶和外壳的双向热网络模型,在考虑芯片焊料层空洞的基础上对模型进行优化,并利用有限元仿真,分析硅胶和外壳对IGBT模块芯片温度分布的影响,进而分析出现空洞后热网络模型参数的计算方法。最后,通过实验证明双向热网络模型的正确性。与传统热网络模型相比,该模型的参数计算方法简单,结温计算准确,更适用于IGBT模块可靠性的检测和诊断。

贯穿型焊料层空洞对微带电路板传输性能研究

在固态相控阵雷达的T/R组件中,微带电路板大都采用大面积接地结构,接地焊接的质量直接影响到组件的微波性能及可靠性、稳定性。文章借助高频结构仿真软件对微带电路板与空洞建模,分析贯穿型焊料层空洞对传输性能的影响。发现焊料层空洞会降低微波信号的传输性能,随着器件工作频率的越来越高,这种影响也越来越显著。随着钎透率的降低,微波电路的传输性能是逐渐下降。