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摘要 — 如果可以在 3D 模型上评估模块的结构弱点,则无需物理原型即可对电源模块进行可靠性结构优化。在本研究中,研究了 3D 热应力模拟作为中压电源模块热循环测试 (HCT) 故障点的预测工具。该模块具有两种不同陶瓷(Al2O3 和 AlN)的多层结构,以减少寄生电容。在这个结构复杂的模块中,实际测试样品的故障点与 3D 模拟中的热机械应力的弱点相重合。热循环测试(125/-40°C)用于模拟和测试。模块的故障点主要是 HCT 100 次循环后铜从 AlN 基板表面剥离。剥离位置与模拟中的点相匹配,模拟结果具有两个特征,即高剥离应力点和铜图案的高形状变形。这一观察结果适用于仅与陶瓷连接的铜图案,而与其他相邻层连接的铜图案则不遵循这一趋势。索引术语 —10kV SiC-MOSFET 功率模块、热循环、3D 建模、有限元方法、热机械应力
摘要 — 由于市场上可用的样品数量很少,通过实验确定 10 kV SiC-MOSFET 功率模块的可靠性具有挑战性。基于 3D 热计算的数字设计可提高 10 kV SiC-MOSFET 功率模块的可靠性。模块设计是根据数字孪生建模计算确定的。通过制造 10kV SiC-MOSFET 功率模块样品并将计算温度与测量结果进行比较,证实了数字孪生模型的正确性。该设计侧重于芯片上的铝线,并阐明了改变导线布局对导线温度的影响。结果表明,与传统设计相比,改进的导线布局可将导线温度降低 2.2-5.3%。根据基于 Coffin-Manson 模型的预测,这有望将功率循环能力提高高达 31%。