| 基于傅里叶级数解析热扩散角的功率模块热阻抗物理模型 |
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| 引用本文： | 陈宇,吴强,周宇,常垚,罗皓泽,李武华,何湘宁.基于傅里叶级数解析热扩散角的功率模块热阻抗物理模型[J].中国电机工程学报,2022(2):715-728. |
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| 作者姓名： | 陈宇 吴强 周宇 常垚 罗皓泽 李武华 何湘宁 |
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| 作者单位： | 浙江大学电气工程学院 |
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| 基金项目： | 国家自然科学基金杰出青年科学基金项目(51925702);国家自然科学基金面上项目(51677166);浙江省自然科学基金项目(LQ21E070006)。 |
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| 摘 要： | 绝缘栅双极型晶体管功率模块失效主要由温度因素诱发。为提高功率模块可靠性，RC热阻抗模型被提出用于实时预测芯片结温。随着功率密度的提高，模块横向扩散愈发明显，多芯片热耦合效应愈加突出，导致传统RC模型会引入较大误差。文中针对RC模型精准度不足进行改进，揭示热扩散角取决于热流密度的物理内涵，结合多层封装结构下的傅里叶级数解析热流模型，建立一维RC热网络与三维热流物理场的本质联系，构造计及多芯片热路耦合的扩散角热网络，较为准确地描述多芯片结温动态特性，揭示热扩散与热耦合效应对芯片温度场形成的规律。与其他传统热扩散角模型相比，所提出方法的结温计算结果准确度最高。最后以型号SEMi X603GB12E4p模块为例，针对提出的物理模型进行验证，仿真与实验结果均表明，该模型能够表征不同工况条件下功率模块的热过程，验证了所提建模方法的有效性与准确性，误差小于4%，且验证了所提模型较不计及热耦合模型精度提高了16.72%。
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| 关 键 词： | 功率模块 热扩散角 热耦合 热流密度 傅里叶级数 |
Physics-based Thermal Impedance Model for Power Module by Analytic Fourier Series Based Heat Spreading Angle |
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| CHEN Yu,WU Qiang,ZHOU Yu,CHANG Yao,LUO Haoze,LI Wuhua,HE Xiangning.Physics-based Thermal Impedance Model for Power Module by Analytic Fourier Series Based Heat Spreading Angle[J].Proceedings of the CSEE,2022(2):715-728. |
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| Authors: | CHEN Yu WU Qiang ZHOU Yu CHANG Yao LUO Haoze LI Wuhua HE Xiangning |
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| Affiliation: | (College of Electrical Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310027,Zhejiang Province,China) |
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| Abstract: | |
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| Keywords: | power module heat spreading angle thermal coupling heat flux Fourier series |
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