[发明专利]一种功率器件散热器的优化方法

说明书

本发明公开了一种功率器件散热器的优化方法，包括：A1：创建IGBT模块、散热器的三维仿真模型；A2：设定三维仿真模型的边界条件，边界条件包括IGBT模块的热损耗功率以及环境温度；A3：根据热阻评价方法，输出三维仿真模型的计算结果，该计算结果包括散热器的水平面的温度分布云图、散热器的垂直截面的温度分布云图；A4：调整散热器的结构尺寸，重复步骤A1～A3，对比不同尺寸的散热器的散热效果，得到最优的散热器的结构尺寸。可有效分析不同条件、不同结构的散热器的散热效果，帮助改进散热器的设计，提高散热器的散热效果，降低散热器的设计成本。

技术领域

本发明属于散热器的设计领域，尤其涉及一种功率器件散热器的优化方法。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。IGBT功率模块由于功率密度高、导通压降低等优点广泛应用于各类电气系统中。随着芯片集成度和功率负载的不断提高，大功率半导体器件的热流密度相应增加，从而对电路的工作寿命、安全性及可靠性造成影响，IGBT功率模块的热设计和散热优化成为电子器件中至关重要的一环。

目前IGBT模块的散热器主要包括基板和翅片两部分。影响散热器散热效果的因素有很多，包括散热器基板以及翅片的材料、散热器的结构、基板和翅片的尺寸、翅片之间的间距等。为了达到最佳的散热效果，常规的做法是制作不同结构的散热器，然后通过实际的热测试来取得它们的散热数据，寻求最优解。这种方法存在的问题是浪费大量材料，不经济。

发明内容

本发明的目的是提供一种功率器件散热器的优化方法，该方法不仅步骤简单，易操作，而且成本低。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种功率器件散热器的优化方法，包括：

A1：创建IGBT模块、散热器的三维仿真模型；

A2：设定所述三维仿真模型的边界条件，所述边界条件包括所述IGBT模块的热损耗功率以及环境温度；

A3：根据热阻评价方法，输出所述三维仿真模型的计算结果，所述计算结果包括所述散热器的水平面的温度分布云图、所述散热器的垂直截面的温度分布云图；

A4：调整散热器的结构尺寸，重复所述A1～A3，对比不同尺寸的所述散热器的散热效果，得到最优的所述散热器的结构尺寸。

根据本发明一实施例，所述A1包括：

A11：基于ANSYS，创建所述IGBT模块、所述散热器的三维仿真模型，所述IGBT模块位于所述散热器的上方，所述IGBT模块从上到下依次由芯片、第一焊料、DBC板、第二焊料、铜基板组成；所述铜基板与所述散热器之间涂有导热硅脂。

A12：设定所述IGBT模块、所述散热器的材料参数及物理参数，所述物理参数包括密度、热容、导热系数；

A13：设定所述IGBT模块与所述散热器之间的模型接触，所述模型接触包括接触法向、接触算法、接触切向。

根据本发明一实施例，所述接触法向为硬接触，所述接触算法为增广拉格朗日法，所述接触切向为0.1的摩擦系数。

根据本发明一实施例，所述A2包括：

A21：设定所述IGBT模块内芯片的发热功率以及发热状态；

A22：设定所述环境温度为11℃；

A23：设定冷却方式为与空气对流。

根据本发明一实施例，所述A3包括：