一种功率VDMOS器件的热特性分析方法以及系统技术方案

本申请公开了一种功率VDMOS器件的热特征分析方法以及系统，该方法包括：构建功率VDMOS器件所对应的仿真模型以及确定至少一个仿真输入参数，并通过实验设计法DOE对每个仿真输入参数创建至少一个仿真输入参数集；基于每个仿真输入参数集对仿真模型进行求解得到仿真结果，基于仿真结果分析每个仿真输入参数与功率VDMOS器件的热特性参数的影响得到分析结果；基于分析结果对仿真输入参数集进行优化得到优化后的仿真输入参数集，基于优化后的仿真输入参数集对仿真模型进行求解得到功率VDMOS器件的热特性参数。本申请解决了现有技术中对于功率VDMOS器件的热特性分析不能满足实际需求的技术问题。求的技术问题。求的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种功率VDMOS器件的热特性分析方法以及系统


[0001]本申请涉及功率器件热特征分析
，尤其涉及一种功率VDMOS器件的热特征分析方法以及系统。

技术介绍

[0002]功率VDMOS器件(垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管)作为电子设备中的重要基本单元，在航天领域获得了广泛的应用。但航天领域的器件应用环境大多极为恶劣，且功率VDMOS器件易受温升影响而失效，因此为满足军事航天领域对器件的长期有效使用要求，提高功率VDMOS器件热设计可靠性及散热途径有效性成为当前的重要研究方向。
[0003]目前，通常采用重复选材试验方式来对于功率VDMOS器件进行热分析，但是重复选材试验方式成本高、时间周期长且过程反复，无法满足实际需求。

技术实现思路

[0004]本申请解决的技术问题是：针对现有技术中对于功率VDMOS器件的热特性分析不能满足实际需求，本申请提供了一种功率VDMOS器件的热特征分析方法以及系统，本申请实施例所提供的方案中，通过分析VDMOS器件传热机理及拆分传热关键结构，获取基于功率VDMOS器件三维仿真模型，再根据热像测试系统实验结果验证仿真模型的正确性，继而仿真分析VDMOS器件内部结构及外部散热途径对器件热特性的影响，克服了现有技术中复杂度与准确度难以平衡的缺点，提高了相应的热特性分析方法的适用性。
[0005]第一方面，本申请实施例提供一种功率VDMOS器件的热特征分析方法，该方法包括：构建功率VDMOS器件所对应的仿真模型以及确定至少一个仿真输入参数，并通过实验设计法DOE对每个仿真输入参数创建至少一个仿真输入参数集；基于每个仿真输入参数集对所述仿真模型进行求解得到仿真结果，基于所述仿真结果分析每个仿真输入参数与功率VDMOS器件的热特性参数的影响得到分析结果；基于所述分析结果对仿真输入参数集进行优化得到优化后的仿真输入参数集，基于所述优化后的仿真输入参数集对所述仿真模型进行求解得到所述功率VDMOS器件的热特性参数。
[0006]可选地，构建功率VDMOS器件所对应的仿真模型，包括：构建功率VDMOS器件所对应的传热模型，获取所述功率VDMOS器件的应用环境参数以及根据所述传热模型获取发热源以及传热结构的特性参数，其中，所述特性参数包括尺寸参数以及材料物性参数；根据所述应用环境参数以及所述特性参数构建所述功率VDMOS器件所对应的仿真模型。
[0007]可选地，构建功率VDMOS器件所对应的传热模型，包括：根据VDMOS器件的传热机理确定所述功率VDMOS器件的发热源、发热源的热量传递途径以及传热方式；基于所述发热源、所述热量传递途径以及所述传热方式构建一维传热模型。
[0008]可选地，所述至少一个仿真输入参数，包括：发热源面积、焊装位置、焊装材料厚度及面积、封装载体材料及厚度等内部结构，或热沉材料、热沉表面涂料发射率、热沉厚度。
[0009]可选地，构建功率VDMOS器件所对应的仿真模型之后，还包括：设置所述仿真模型
所对应的求解区域以及对所述仿真模型进行网格划分，并基于所述求解区域对所述仿真模型进行求解得到仿真求解结果；判断所述仿真求解结果是否收敛；若不收敛，则调整预设虚拟时间步长及预设残差阈值直至仿真求解结果收敛，获取所述功率VDMOS器件所对应的收敛后的热特性参数；获取所述功率VDMOS器件所对应的实测热特性参数，基于所述实测热特性参数以及所述收敛后的热特性参数验证所述仿真模型的正确性。
[0010]可选地，获取所述功率VDMOS器件所对应的实测热特性参数，基于所述实测热特性参数以及所述收敛后的热特性参数验证所述仿真模型的正确性，包括：与所述仿真模型的仿真环境保持一致，通过红外热温测像仪测试获取所述功率VDMOS器件所对应的实测热特性参数；将所述实测热特性参数与所述收敛后的热特性参数进行对比来验证所述仿真模型的正确性。
[0011]可选地，判断所述仿真求解结果是否收敛，包括基于所述仿真求解结果监控压力场、速度场、温度场残差曲线及监控点温度参数随迭代次数变化曲线；分别基于压力场、速度场、温度场残差曲线判断所述压力场、速度场、温度场残差值是否小于1以及基于所述监控点温度参数随迭代次数变化曲线判断监控点温度参数值是否不随迭代次数发生变化；若所述压力场、速度场、温度场残差值小于1，且监控点温度参数值不随迭代次数发生变化，则所述仿真求解结果收敛。
[0012]可选地，还包括：调整所述仿真模型的网格数量，对调整后的仿真模型重新求解得到所述功率VDMOS器件所对应的新的收敛后的热特性参数；基于所述实测热特性参数与所述新的收敛后的热特性参数重新验证所述仿真模型的正确性。
[0013]第二方面，本申请实施例提供了一种功率VDMOS器件的热特征分析系统，该系统包括：仿真平台以及热像测试子系统；其中，所述仿真平台，用于构建功率VDMOS器件所对应的仿真模型以及确定至少一个仿真输入参数，并通过实验设计法DOE对每个仿真输入参数创建至少一个仿真输入参数集；基于每个仿真输入参数集对所述仿真模型进行求解得到仿真结果，基于所述仿真结果分析每个仿真输入参数与功率VDMOS器件的热特性参数的影响得到分析结果；基于所述分析结果对仿真输入参数集进行优化得到优化后的仿真输入参数集，基于所述优化后的仿真输入参数集对所述仿真模型进行求解得到所述功率VDMOS器件的热特性参数
[0014]热像测试子系统包括功率VDMOS器件、功率VDMOS器件测试板卡、工业环境温湿度计、电压源、万用表、红外热温测像仪，其中，
[0015]功率VDMOS器件测试板卡，用于为功率VDMOS器件提供测试硬件环境；
[0016]工业环境温湿度计：获取测试环境的温度、湿度信息；
[0017]电压源：产生测试过程中所需的仿真激励源信号；
[0018]万用表：获取测试过程的电压、电流信息；
[0019]红外热温测像仪：探测VDMOS器件在测试过程中的表面温度，以图像形式显示器件温度分布。
[0020]与现有技术相比，本申请实施例至少具有如下有益效果：
[0021]本申请实施例所提供的方案中，通过分析VDMOS器件传热机理及拆分传热关键结构，获取基于功率VDMOS器件三维仿真模型，再根据热像测试系统实验结果验证仿真模型的正确性，继而仿真分析VDMOS器件内部结构及外部散热途径对器件热特性的影响，克服了现
有技术中复杂度与准确度难以平衡的缺点，提高了相应的热特性分析方法的适用性。
附图说明
[0022]图1为本申请实施例所提供的一种功率VDMOS器件的热特征分析方法的流程示意图；
[0023]图2为本申请实施例所提供的又一种功率VDMOS器件的热特征分析方法的流程示意图；
[0024]图3为本申请实施例所提供的一种功率VDMOS器件的热特征分析系统示意图。
具体实施方式
[0025]本申请实施例提供的方案中，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率VDMOS器件的热特征分析方法，其特征在于，包括：构建功率VDMOS器件所对应的仿真模型以及确定至少一个仿真输入参数，并通过实验设计法DOE对每个仿真输入参数创建至少一个仿真输入参数集；基于每个仿真输入参数集对所述仿真模型进行求解得到仿真结果，基于所述仿真结果分析每个仿真输入参数与功率VDMOS器件的热特性参数的影响得到分析结果；基于所述分析结果对仿真输入参数集进行优化得到优化后的仿真输入参数集，基于所述优化后的仿真输入参数集对所述仿真模型进行求解得到所述功率VDMOS器件的热特性参数。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，构建功率VDMOS器件所对应的仿真模型，包括：构建功率VDMOS器件所对应的传热模型，获取所述功率VDMOS器件的应用环境参数以及根据所述传热模型获取发热源以及传热结构的特性参数，其中，所述特性参数包括尺寸参数以及材料物性参数；根据所述应用环境参数以及所述特性参数构建所述功率VDMOS器件所对应的仿真模型。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，构建功率VDMOS器件所对应的传热模型，包括：根据VDMOS器件的传热机理确定所述功率VDMOS器件的发热源、发热源的热量传递途径以及传热方式；基于所述发热源、所述热量传递途径以及所述传热方式构建一维传热模型。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述至少一个仿真输入参数，包括：发热源面积、焊装位置、焊装材料厚度及面积、封装载体材料及厚度等内部结构，或热沉材料、热沉表面涂料发射率、热沉厚度。5.如权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，构建功率VDMOS器件所对应的仿真模型之后，还包括：设置所述仿真模型所对应的求解区域以及对所述仿真模型进行网格划分，并基于所述求解区域对所述仿真模型进行求解得到仿真求解结果；判断所述仿真求解结果是否收敛；若不收敛，则调整预设虚拟时间步长及预设残差阈值直至仿真求解结果收敛，获取所述功率VDMOS器件所对应的收敛后的热特性参数；获取所述功率VDMOS器件所对应的实测热特性参数，基于所述实测热特性参数以及所述收敛后的热特性参数验证所述仿真模型的正确性。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，获取所述功率VDMOS器件所对应的实测热特性参数，基于所述实测热特性参数以及所述收...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨智博，怀娜娜，王博，郑雪松，张竞择，吉俐，刘婧宇，张洪伟，王喆，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：