[發明專利]一種壓變型壓接式封裝功率模塊及其熱阻網絡模型建模方法

有效

• 申請號: 202011176936.1
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112290773B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 李武華;常垚;羅皓澤;周宇;朱安康;李楚杉;何湘寧
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M1/00
• 分類號: H02M1/00;H01L23/367;G06F30/367;G06F119/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種壓接式封裝功率模塊的壓變型熱阻網絡模型建模方法，所述的壓接式封裝功率模塊包括一個或相互并聯的多個通流芯片單元，絕緣壓載夾具，以及自上而下依次緊貼設置的集電極散熱器、集電極絕緣膜、集電極銅排、銅排間絕緣膜、發射極銅排、發射極絕緣膜和發射極散熱器；

所述集電極散熱器、集電極絕緣膜、集電極銅排、銅排間絕緣膜、發射極銅排、發射極絕緣膜、發射極散熱器上開有大小一致、位置對齊的孔，所述絕緣壓載夾具至上而下穿過所述的孔并分別與集電極散熱器、發射極散熱器通過螺紋配合緊固；

所述集電極銅排下表面、發射極銅排上表面相對應的位置設有正對的定位凹面，所述定位凹面用于安裝和定位通流芯片單元，通流芯片單元上表面與集電極銅排的定位凹面緊貼，下表面與發射極銅排的定位凹面緊貼；

其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：基于實體壓變型壓接式封裝功率模塊的通流芯片單元和雙面散熱邊界條件，通過考慮接觸壓力和接觸層級間傳熱效應的耦合對應關系，建立適用于所述壓接式封裝功率模塊的單通流芯片單元的壓變型傳熱網絡；所述的單通流芯片單元中的芯片的集電極和發射極的傳熱阻抗表達式為：

公式（1）中，Z_{th_C}、Z_{th_E}分別為壓接式封裝的單通流芯片單元中芯片的集電極和發射極到環境溫度節點的整體熱阻抗；Z_{th_Cn}對應為芯片到集電極端傳熱路徑上的第n層熱阻抗，R_{th_cont_Cn}對應為芯片到集電極端傳熱路徑中的第n層接觸熱阻；Z_{th_Em}對應為芯片到發射極端傳熱路徑上的第m層熱阻抗，R_{th_cont_Em}對應為芯片到發射極端傳熱路徑中的第m層接觸熱阻；Z_{th_HS_C}、Z_{th_HS_E}分別為集電極散熱器和發射極散熱器的熱阻抗；n，m取正整數；

步驟2：對步驟1所建立的單通流芯片單元的壓變型傳熱網絡，結合所述壓接式封裝功率模塊芯片并聯特征，通過引入并聯芯片熱耦合效應，將壓接式封裝功率模塊中每個單通流芯片單元的壓變型傳熱網絡進行互相耦合，建立適用于壓接式封裝功率模塊的多芯片耦合的壓變型傳熱網絡；耦合后的兩個單通流芯片單元對應的等效傳熱阻抗的表達式為：

公式（2）中，T_{j_a}、T_{j_b}分別為壓接式封裝中并聯的兩個通流芯片單元中芯片a和芯片b的結溫，T_am為環境溫度，P_a則為芯片a的損耗，Z_{eq_aa}、Z_{eq_ab}分別為芯片a對自身耦合的等效熱阻抗和芯片a對b的耦合等效熱阻抗；

步驟3：對步驟2所建立的多芯片耦合的傳熱網絡，根據網絡對稱性，僅以芯片a作為發熱源，則所述熱阻網絡構型為含Π型電路和T型電路的復合型網絡；利用Π型電路和T型電路互相轉換，通過阻抗并聯減少網絡阻抗個數，最終簡化為單阻抗網絡，對適用于壓接式封裝功率模塊多芯片耦合的壓變型傳熱網絡進行解耦處理，建立適用于整體壓接式封裝功率模塊的等效壓變型傳熱網絡。