DBC基板集成分流器的IGBT模块热分析

IPM

中的功率单元。

由于集成了分流器，需要 对

DBC

上的芯片进行重新布局，并对其进行热性能研究、电性 能

研究，由于功率模块中每只

IGBT

都是有两个子单元组成的，在对模块性能进行研究时，只

需对一只

IGBT

即两个子单元研究就可。

2.1

热性能研究

< br>热性能是功率模块的一个重要指标，

文献

[4]

通过对传统

IGBT

模块进行等效热阻电路研< /p>

究，

分析了在模块结构不变的前提下如何通过减小模块热阻来提升 模块热性能，

增强模块散

热性。文献

[ 5]

利用

ANSYS

仿真软件对

IGBT

模块进行热仿真，通过对

IGBT< /p>

模块中不同材

料、

厚度等改变，

不断对

IGBT

模块热性能进行优化。

文献

[6]

对功率模块中键合线进行研究，

通过

ANSYS

软件分析了键合线在高温工 作及大电流条件下的机械强度，

是否出现连接键断

裂。由于功率 模块内部集成了分流器，为了得到热性能更好地布局方式，通过

ANSYS

软件

对

DBC

上芯片热耦合 、芯片不同位置对应的热阻以及不带铜底板时模块整体热阻等方面对

功率模块热性能进行 研究。

①由于

DBC

尺寸较小，必须考虑芯片 之间的热耦合温度，当芯片之间的距离在一定的

范围内，芯片的温度会随着热耦合而上升

[4]

。芯片间距离范围一般可用公式

1

得到：

a

?

0

.

6

?< /p>

A

ch

式

1

其中：

a

为芯片间耦合距离；

A

ch

为芯片面积。

根据上 述公式，可以计算出当芯片面积为

144

m

m

时，其距离应为

7.2

mm

。在相同的外部

条件下对不同间隔距离（

0

mm

，

1

mm

，

6

mm

）的 芯片进行热仿真，其仿真结果如图

1

所

示。

2

图

1

不同间隔距离热仿真

从热仿真结果可 以看出，

在相同外部条件下，

随着发热源之间距离的缩小，

芯片温度越来越

高，

芯片的热耦合效应越明 显。

IPM

功率模块中

IGBT

芯片是主要的生热源，

因此在对

DBC

基板上芯片进行布局时应充分考虑到芯片之间的间隔距离，

合理的芯片 间距有利于降低整个

模块的工作温度，提升模块工作稳定性。

②大功率工作条件下，散热片已经不能满足功率单元的散热要求，

IPM

将功率单元与散

热器集成在一起，大大提高了智能模块 的散热能力，随着模块散热能力的提升。模块的结

-

壳热阻

R

th

是最能反映出功率模块的热学性能， 热阻

R

th

大小主要由散热器上分布的 热源数

量决定，

同时也受到热源位置以及散热器对流流动方向的 影响。

由于本文研究的功率单元中

IGBT

芯片数量是一定的，此时影响热阻

R

th

< br>的主要因素是热源位置以及散热器对流流动方

向，图

2< /p>

给出了在散热器对流方向一定时，

DBC

上热源不同位置所对应的热阻大小。