ANSYS IGBT应用及封装设计解决方案.docx

2020R

IGBT应用及封装设计解决方案

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目录

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功率模块电磁场仿真解决方案功率模块电-热-结构耦合仿真解决方案变频器系统的热管理总

功率模块电磁场仿真解决方案

功率模块电-热-结构耦合仿真解决方案

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目录

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功率模块电磁场仿真解决方案功率模块电-热-结构耦合仿真解决方案变频器系统的热管理

功率模块电磁场仿真解决方案

总结

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功率模块电磁场仿真解决方案

技术研究和验证开发和验证原型

无源器件

有源器件

封装

设计-仿真-制造

PEARL

可行性和维护性

EMC

求解多物理域/温度/结构

概念设计方法

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功率模块电磁场仿真解决方案

静态电磁场研究

寄生参数抽取

IGBT特征化建摸

系统仿真

辐射电磁场

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功率模块电磁场仿真解决方案

■人nsys

功率模块电磁场仿真解决方案

6.5kVIGBTModuleCharacteristics

Collector

Emitter

Packaging

DielectricGelDiode

DielectricGel

DiodeChip

24IGBTand

BaseplateCeramicSubstrate12Diode

BaseplateCeramicSubstrate

IGBTChips

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功率模块电磁场仿真解决方案

6.5kVIGBTModuleAnalysis

●包含封装的IGBT特性

●直流电流分布

●电流开关的功率损耗

●利用功率耗散来确定环境电磁场

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功率模块电磁场仿真解决方案

:K

:K年

IGBT模型远场仿真

·3DIGBTpack模型和电磁特性研究

·IGBT电路模型

·远场特性分析

电磁场分析

IGBT模块封装30精确模型寄生参数抽取设计和模型耦合

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功率模块电磁场仿真解决方案

边界元法系统仿真

边界元法

有限元法

G3D

G3DEXTRACTCRva

HFSS

·3DIGBTpack模型和电磁特性研究

·IGBT电路模型

·远场特性分析

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功率模块电磁场仿真解决方案

静态电磁场研究

寄生参数抽取

IGBT特征化建摸

系统仿真

辐射电磁场

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电磁场仿真

■模块共包含8个IGBT,每个IGBT所流通的电流是否相同?

●如果电流不平均，这将会导致机械应力和可靠性的问题

●因此需要做电磁场仿真，这里会用到Maxwell

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电磁场仿真

■layout由CAD工具导入

■使用DC求解器

■定义输入电流为600A

■定义了sink(电流的返回路径)

■输出：传导路径和电流分布

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电磁场仿真

IGBT导通，二极管关闭状态下的电流分布

模型的网格划分为自动自适应Meshing

3[A/a~z]

1.0000e+00

3.7821-as2.260

6.79706+00

3.8271+

2.04618+0061.2581e+0057.7300e+054.7592+305

2.9289e+oos

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电磁场仿真

■端部的IGBT比中间的IGBT电流小

■由于中间的负载过大，这将会导致中间的IGBT出现可靠性问题

■需要对铜走线路径做优化，以让电流均一化

lgbt1a和Igbt4a电流密度最大

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功率模块电磁场仿真解决方案

静态电磁场研究

寄生参数抽取

IGBT特征化建摸系统仿真

辐射电磁场

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寄生参数抽取

■一旦优化Layout完成，下一步的工作是抽取寄生RLC参数■Q3D(BEM)

G3DExTPACTCAv

RW—C=

RW—

W-

k个

W-o—

W-

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寄生参数抽取

■频率特性

●由于趋肤效应和涡流效应，电力电子设备会表现出与频率相关的特性

●在这种情况下，依靠在单一工作频率下提取的电阻和电感可能是不够的

●例如，同轴线缆导体：

High

HighFrequency

DifferentParasitics

二xt

LowFrequency

Samegeometry

Different

frequency

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寄生参数抽取

■Q3D自动识别模块的电路网络，直接仿真即可

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寄生参数抽取

■如何设置频率扫描?

●奈奎斯特采样定