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作者:童颜;莫申扬;刘克明;骆健;邓二平;
单位:国网电力科学研究院有限公司(南瑞集团有限公司)南京南瑞半导体有限公司;电能高效高质转化全国重点试验室(合肥工业大学);
摘要:为满足基于电压源换流器的高压直流(VSC-HVDC)柔性输电设备对绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件散热与可靠性的严苛要求,提出了基于铝/金刚石和铜/金刚石复合金属基板的压接式IGBT封装设计。通过对比焊接式与压接式IGBT的热阻模型,揭示了基板热阻在结-壳热阻中的占比。经稳态及瞬态热阻抗分析表明,金刚石基板凭借高热导率和高热容特性,可显著提高结温控制能力。仿真结果表明,采用金刚石基板的器件与传统钼铜基板相比,其结温降幅最大可达18℃,热稳态响应时间显著延长。通过20 000次功率循环老化试验验证,金刚石基板封装IGBT的结-壳热阻及静态参数稳定性良好,其近似硅的热膨胀系数(CTE)具备优异的热机械可靠性。金刚石复合金属基板可有效提升压接式IGBT的结温控制能力,为高压大功率器件封装提供了可靠的解决方案。
关键词:压接式绝缘栅双极晶体管(IGBT);;结温控制;;基板;;铝/金刚石;;铜/金刚石;;功率循环