压接式IGBT模块建模仿真方法、装置和计算机设备制造方法及图纸

本申请涉及一种压接式IGBT模块建模仿真方法、装置和计算机设备。所述方法包括：根据预设材料分配方案和预设模块参数进行几何建模，获得预构建IGBT模块；根据预设电流、预构建IGBT模块和预设物理场模型获得模块功率损耗；根据模块功率损耗、预设接触模型和预设边界条件，确定模块内温度分布和模块内应力分布；根据模块内温度分布和模块内应力分布，确定预构建IGBT模块的器件状态。采用本方法能够通过多物理场的设置可以更好的反映被仿真IGBT模块内部环境以及使得预构建IGBT模块更加贴近实际，再通过仿真运行并对预构建IGBT模块进行器件分析，判断该预构建IGBT模块是否可靠。判断该预构建IGBT模块是否可靠。判断该预构建IGBT模块是否可靠。

【技术实现步骤摘要】
压接式IGBT模块建模仿真方法、装置和计算机设备


[0001]本申请涉及功率半导体模块
，特别是涉及一种压接式IGBT模块建模仿真方法、装置和计算机设备。

技术介绍

[0002]IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)模块的封装形式分为焊接式和压接型两种。传统的焊接式IGBT模块由于键合线和焊料层的存在，使得模块在长期工作后由于热应力的作用容易发生键合线脱落和焊料层空洞等失效，一定程度上降低了IGBT模块长期运行的可靠性。压接型IGBT模块的封装形式相比于传统的焊接式IGBT模块，具有功率密度大、双面散热、失效短路、可靠性高等优势。因为其直接通过外部机械压力来保证组件间的接触，消除了焊接式IGBT模块常见的两种失效模式，可靠性得到提高。
[0003]然而，由于IGBT芯片封装在模块中，模块的内部故障不易直接测量，难以对其内部运行状态进行实时监测和评估，因此需要借助仿真软件对其内部运行状态进行仿真分析。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够合理考虑接触界面围观形貌对器件传热的影响、考虑多物理场合理仿真并提高仿真结果精确性的压接式IGBT模块建模仿真方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
[0005]第一方面，本申请提供了一种压接式IGBT模块建模仿真方法。该方法包括：
[0006]根据预设材料分配方案和预设模块参数进行几何建模，获得预构建IGBT模块；
[0007]根据预设电流、预构建IGBT模块和预设物理场模型获得模块功率损耗；
[0008]根据模块功率损耗、预设接触模型和预设边界条件，确定模块内温度分布和模块内应力分布；
[0009]根据模块内温度分布和模块内应力分布，确定预构建IGBT模块的器件状态。
[0010]在其中一个实施例中，模块功率损耗包括IGBT芯片的功率损耗和FRD芯片的功率损耗；根据预设电流、预构建IGBT模块和预设物理场模型获得模块功率损耗，包括：
[0011]根据预设电流和预构建IGBT模块，确定IGBT芯片的运行数据和FRD芯片的运行数据；
[0012]根据IGBT芯片的运行数据和预设物理场模块的功率损耗模型，确定IGBT芯片的通态损耗和开关损耗；
[0013]根据FRD芯片的运行数据和预设物理场模块的功率损耗模型，确定FRD芯片的通态损耗和开关损耗；
[0014]根据IGBT芯片的通态损耗和开关损耗，确定IGBT芯片的功率损耗，根据FRD芯片的通态损耗和开关损耗确定FRD芯片的功率损耗。
[0015]在其中一个实施例中，根据模块功率损耗、预设接触模型和预设边界条件确定模
块内温度分布和模块内应力分布，包括：
[0016]根据预设接触模型和预设边界条件确定接触热阻，根据接触热阻和模块功率损耗确定模块内温度分布；
[0017]根据预构建IGBT模块的运行阈值、预设边界条件和模块内温度分布对预设构建模块进行仿真，获得模块内应力分布。
[0018]在其中一个实施例中，根据预设接触模型和预设边界条件确定接触热阻，根据接触热阻和模块功率损耗确定模块内温度分布，包括：
[0019]根据预设边界条件中的散热路径，构建热阻网络模型；
[0020]根据预设接触模型和预设边界条件中的初始温度、传热系数以及热接触对，确定接触界面的接触热阻；
[0021]根据接触热阻、模块功率损耗和热阻网络模型进行稳态热仿真，获得模块内温度分布。
[0022]在其中一个实施例中，根据预构建IGBT模块的运行阈值、预设边界条件和模块内温度分布对预设构建模块进行仿真，获得模块内应力分布，包括：
[0023]根据预构建IGBT模块的运行阈值、预设边界条件和仿真输入数据对预构建IGBT模块进行稳态机械仿真，获得IGBT芯片和FRD芯片的芯片表面压力；
[0024]根据IGBT芯片和FRD芯片的芯片表面压力、预构建IGBT模块中的接触电阻和接触热阻，确定模块内应力分布。
[0025]在其中一个实施例中，根据模块内温度分布和模块内应力分布确定预构建IGBT模块的器件状态，包括：
[0026]根据模块内温度分布和边界条件对预构建IGBT模块进行结温判断，获得第一结果；
[0027]根据模块内应力分布和边界条件对预构建IGBT模块进行载荷判断，获得第二结果；
[0028]根据第一结果和第二结果确定预构建IGBT模块的器件状态。
[0029]第二方面，本申请还提供了一种压接式IGBT模块建模仿真装置。该装置包括：
[0030]几何建模模块，用于根据预设材料分配方案和预设模块参数进行几何建模，获得预构建IGBT模块；
[0031]损耗计算模块，用于根据预设电流、预构建IGBT模块和预设物理场模型获得模块功率损耗；
[0032]仿真处理模块，用于根据模块功率损耗、预设接触模型和预设边界条件确定模块内温度分布和模块内应力分布；
[0033]分析判断模块，用于根据模块内温度分布和模块内应力分布确定预构建IGBT模块的器件状态。
[0034]第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。该计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
[0035]根据预设材料分配方案和预设模块参数进行几何建模，获得预构建IGBT模块；
[0036]根据预设电流、预构建IGBT模块和预设物理场模型获得模块功率损耗；
[0037]根据模块功率损耗、预设接触模型和预设边界条件，确定模块内温度分布和模块
内应力分布；
[0038]根据模块内温度分布和模块内应力分布，确定预构建IGBT模块的器件状态。
[0039]第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
[0040]根据预设材料分配方案和预设模块参数进行几何建模，获得预构建IGBT模块；
[0041]根据预设电流、预构建IGBT模块和预设物理场模型获得模块功率损耗；
[0042]根据模块功率损耗、预设接触模型和预设边界条件，确定模块内温度分布和模块内应力分布；
[0043]根据模块内温度分布和模块内应力分布，确定预构建IGBT模块的器件状态。
[0044]第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。该计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
[0045]根据预设材料分配方案和预设模块参数进行几何建模，获得预构建IGBT模块；
[0046]根据预设电流、预构建IGBT模块和预设物理场模型获得模块功率损耗；
[0047]根据模块功率损耗、预设接触模型和预设边界条件，确定模块内温度分布和模块内应力分布；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压接式IGBT模块建模仿真方法，其特征在于，所述方法包括：根据预设材料分配方案和预设模块参数进行几何建模，获得预构建IGBT模块；根据预设电流、所述预构建IGBT模块和预设物理场模型获得模块功率损耗；根据所述模块功率损耗、预设接触模型和预设边界条件，确定模块内温度分布和模块内应力分布；根据所述模块内温度分布和所述模块内应力分布，确定所述预构建IGBT模块的器件状态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设物理场模型包括功率损耗模型；所述模块功率损耗包括IGBT芯片的功率损耗和FRD芯片的功率损耗；所述根据预设电流、所述预构建IGBT模块和预设物理场模型获得模块功率损耗，包括：根据所述预设电流和所述预构建IGBT模块，确定IGBT芯片的运行数据和FRD芯片的运行数据；根据所述IGBT芯片的运行数据和所述预设物理场模块的功率损耗模型，确定所述IGBT芯片的通态损耗和开关损耗；根据所述FRD芯片的运行数据和所述预设物理场模块的功率损耗模型，确定所述FRD芯片的通态损耗和开关损耗；根据所述IGBT芯片的通态损耗和开关损耗，确定所述IGBT芯片的功率损耗，根据所述FRD芯片的通态损耗和开关损耗确定所述FRD芯片的功率损耗。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述模块功率损耗、预设接触模型和预设边界条件确定模块内温度分布和模块内应力分布，包括：根据预设接触模型和预设边界条件确定接触热阻，根据所述接触热阻和所述模块功率损耗确定模块内温度分布；根据所述预构建IGBT模块的运行阈值、预设边界条件和所述模块内温度分布对所述预设构建模块进行仿真，获得模块内应力分布。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设边界条件包括初始环境温度、散热路径、传热系数和热接触对；所述根据预设接触模型和预设边界条件确定接触热阻，根据所述接触热阻和所述模块功率损耗确定模块内温度分布，包括：根据预设边界条件中的散热路径，构建热阻网络模型；根据所述预设接触模型和预设边界条件中的初始温度、传热系数以及热接触对，确定接触界面的接触热阻；根据所述接触热阻、所述模块功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖凯，王振，严喜林，张怿宁，邹延生，邵震，陈名，王奇，彭茂兰，黄义隆，张良，许琳浩，蔡志宏，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司电力科研院，
类型：发明
国别省市：