【摘 要】
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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
【机 构】
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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),重庆市 沙坪坝区 400044;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),湖南省 株洲市 412001
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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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