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李轩,李明阳,陈朝兴,温瑞康,韩久鹏,邓小川,张波
LI Xuan, LI Mingyang, CHEN Chaoxing, HAN Jiupeng, Wen Ruikang, Deng Xiaochuan, Zhang Bo
摘要: 针对碳化硅(SiC)功率模块运行时呈现出电-热-力多物理场耦合特性,其封装结构优化常面临结温与应力相互制约的难题,单一指标优化往往导致另一指标劣化。为此,开展了模块封装结构参数(主要指封装厚度)协同优化设计的研究。首先,通过电-热-力有限元分析,获得CAS120M12BM2功率模块在指定工况下的温度与应力分布。其次,采用响应面法系统分析直接覆铜陶瓷基板(DBC)陶瓷层厚度、芯片焊料层厚度及DBC焊料层厚度三个结构参数对结温和应力的影响规律。最后,引入粒子群优化算法对上述三类参数进行多目标协同寻优,通过改变上述结构参数使得功率模块在相同工况下降低最高结温同时减小最大等效应力。结果表明,优化后的封装结构与CAS120M12BM2原型在相同的工况下,芯片最高结温基本不变的情况下,最大等效应力下降13.65%,有效克服了单目标优化的局限性。该研究结果对SiC功率模块多物理场协同设计具有一定指导意义。