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作为各种装置核心的电力电子器件,在提高能源利用率方面扮演着重要角色。IGBT模块作为主要的开关器件起着重要作用。针对传统全硅功率模块不足,用SiC二极管代替Si FRD (硅快恢复二极管)形成的混合模块能够有效降低功耗,提高开关速度。随着电压等级和电流容量的不断提高,模块散热不良、热应力过高及其分布不均等已成为亟待解决的问题。为此,本文采用有限元方法,对3300V/400ASiC混合模块进行设计和热应力分析。主要研究内容和结论如下:1.完成了 3300V/400A SiC混合模块的设计。选用8个3300V50A Si-IGBT和8个3300V/50A SiC-JBS芯片对3300V/400A SiC混合模块的DBC板进行了布局设计;对混合模块纵向结构(芯片/DBC/基板)的DBC、基板及焊料进行了分析和初步设计。2.对混合模块进行了热性能分析,初步优化了混合模块纵向结构的各层材料和厚度。针对大量模块中存在的热失效问题,从热学设计管理入手,建立了混合模块的三维模型,进行有限元仿真,模拟了温度场分布;对影响模块热场的基板、衬板、焊料层的材料和厚度等因素进行对比研究,总结了变化规律;采用8mm厚的Cu材料为基板、2.5mm厚的SiC材料为衬板、0.1mm厚的纳米银浆为焊料层的优化参数,混合模块散热能力可提高35.1%。3.对混合模块进行热应力仿真,进一步优化了混合模块纵向结构各层材料和厚度。针对模块中存在的大量可靠性问题,以热分析为基础,进行热应力耦合分析,很好地模拟热应力场的分布;对影响混合模块热应力场的基板、衬板、焊料层的材料和厚度等因素进行对比研究,总结了影响规律;综合温度场和应力场分析,确定混合模块的最优设计:5mm厚的AlSiC材料为基板,1mm厚的AlN材料为衬板,0.1mm厚的纳米银浆为焊料层,优化后的混合模块整体热应力降低18.1 %。