陈 宇 周 宇 罗皓泽 李武华 何湘宁

计及芯片导通压降温变效应的功率模块三维温度场解析建模方法

陈 宇 周 宇 罗皓泽 李武华 何湘宁

（浙江大学电气工程学院 杭州 310027）

绝缘栅双极型晶体管（IGBT）功率模块在新能源汽车动力总成系统中应用广泛。高功率密度和极限工况运行的应用需求对IGBT模块的热可靠性设计提出严峻挑战。受芯片导通压降温变效应的影响，芯片表面电流密度呈现不均匀分布，导致传统的热建模方法无法准确地描述功率模块温度场分布，这给芯片过电流工况下的强健性评估带来困难。该文将功率模块连续域三维温度场模型与芯片有源区离散化一维电学模型进行联合，提出一种热-电场路耦合的功率模块三维温度场解析建模方法，实现片上温度场的准确描述，误差小于4.0%。进一步地，研究芯片的电流分布规律，发现正温度特性下电流集中在IGBT有源区边缘，这种非均匀分布特征对片上温度峰值有抑制作用，能有效提升功率模块的过电流能力。最后以型号SEMiX603GB12E4p模块为例，针对提出的解析建模方法进行了验证，仿真与实验结果均表明，该模型能够准确表征不同电流水平下IGBT模块的热特性，验证了该模型算法的准确性和有效性。

功率模块 温变效应 场路耦合 三维温度场 过电流能力

0 引言

功率模块在新能源汽车动力总成系统中应用广泛[1-4]。高功率密度和高集成化趋势加剧了芯片表面温度梯度[5]，而元胞电学参数具有温变效应[6]，导致芯片形成电流密度不均匀分布特征。……