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题名车用双面散热功率模块的热-力协同设计
被引量:19
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作者
曾正
欧开鸿
吴义伯
柯灏韬
张欣
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机构
输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学)
新型功率半导体器件国家重点实验室(中车时代半导体有限公司)
南洋理工大学电气与电子工程学院
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出处
《电工技术学报》
EI
CSCD
北大核心
2020年第14期3050-3064,共15页
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基金
国家重点研发计划专项资助项目(2017YFB0102303)。
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文摘
双面散热(DSC)功率模块可以降低封装热阻和寄生参数,是车用电机控制器的发展趋势。然而,双面散热功率模块内的热-力交互作用机制尚不明晰,且缺少热-力协同的设计方法。为了克服热阻与应力之间的相互制约,该文提出一种多目标协同的双面散热功率模块设计方法。建立了双面散热功率模块热学和力学性能的数学模型,表征材料属性和封装尺寸对功率模块性能的影响,并利用有限元分析(FEA)方法进行验证。此外,提出双面散热功率模块的多目标优化设计模型,协同提升功率模块的热-力性能,并给出基于非占优遗传算法的求解方法。最后,基于所提出的多目标协同设计方法,对比研究了封装材料属性对优化设计结果的影响。
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关键词
功率模块
双面散热
多目标优化
热-力协同设计
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Keywords
Power module
double-sided cooling
multi-objective optimization
thermal-mechanical co-design
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分类号
TM23
[一般工业技术—材料科学与工程]
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题名双面散热SiC功率模块的可靠性分析和寿命评估
被引量:10
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作者
欧开鸿
曾正
王亮
吴义伯
柯灏韬
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机构
输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学)
新型功率半导体器件国家重点实验室(中车时代半导体有限公司)
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出处
《中国电机工程学报》
EI
CSCD
北大核心
2021年第9期3293-3304,共12页
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基金
国家重点研发计划项目(2017YFB0102303)。
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文摘
双面散热(double-sided cooling,DSC)封装能大幅降低封装寄生电感和结壳热阻,提升电气装备的功率密度,是SiC功率模块的发展趋势。然而,DSC SiC功率模块的失效机理不明、寿命模型缺失,成为制约其商业化应用的关键瓶颈,亟待技术突破。传统加速老化实验方法的成本较高、耗时较长,不利于产品的快速迭代升级。针对DSC SiC功率模块的可靠性研究,文中提出一种基于有限元的分析方法,基于材料的疲劳老化模型及功率模块的失效判据,建立DSC SiC模块的寿命模型。基于大量功率模块的寿命测试结果,验证了有限元模型的可行性和有效性,相对误差小于6%。此外,详细分析SiC和Si功率模块焊层的应力和蠕变规律,建立不同封装功率模块的寿命模型。结果表明:相对于单面散热封装,DSC封装功率模块的寿命提升一倍。采用相同封装,SiC功率模块的寿命是Si功率模块寿命的30%左右。此外,还详细分析了不同封装材料对DSC SiC功率模块寿命的影响规律。为下一代DSC SiC功率模块的研发与应用,提供有益的参考。
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关键词
双面散热
SiC功率模块
可靠性分析
寿命模型
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Keywords
double-sided cooling
SiC power module
reliability analysis
lifetime modeling
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分类号
TM131.2
[电气工程—电工理论与新技术]
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