[发明专利]功率半导体模块中热阻分布计算方法、装置及存储介质

说明书

本发明公开了一种功率半导体模块中热阻分布计算方法、装置、存储介质及电子设备，该方法包括：建立功率半导体模块的仿真模型；获取功率半导体模块的仿真模型对应的第一总热阻仿真值；对仿真模型中的每一层材料层分别执行以下步骤：在仿真模型中对功率半导体模块的对第i层材料层引入传热系数的调整系数ksubgt;i/subgt;，获取对第i层材料层引入调整系数ksubgt;i/subgt;后功率半导体模块的第i热阻仿真值；根据公式计算得到第i层材料层在功率半导体模块的热阻占比，从而得到功率半导体模块中的热阻分布。本发明解决了现有技术中对功率半导体模块的热阻分布计算过程复杂的问题，通过建立有限元模型，利用单一变量法计算热阻分布，降低计算误差，提高了计算效率。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种功率半导体模块中热阻分布计算方法、装置、存储介质及电子设备。

背景技术

大功率电力电子器件在国民经济各个领域中应用越来越广泛，特别是在轨道交通、智能电网、电动汽车、风能、太阳能等领域具有举足轻重的作用，成为目前世界学术界及工业领域研究的热点。随着电力电子技术的不断发展和革新，功率半导体模块的功率密度、应用温度、电压电流等也越来越高，模块内部热场分布更密集，因此对模块的散热要求也将大大提高。

热学分析与管理是功率半导体模块封装设计的关键步骤，只有经过严格的热力学分析后才能够准确预测功率半导体模块的输出特性、可靠性及成品率。对于功率半导体模块来说，其内部的芯片是热源，经过焊层、衬板、基板等结构单元后，热量经由散热器散发出去。随着功率密度越来越大，对模块内部各单元进行准确全面的热学分析与管理，将能都有效提高器件的热循环能力，提高器件可靠性。

现有功率半导体模块中热阻和热容分布的提取方法主要是利用结构函数法完成，首先获得功率半导体模块的瞬态温度响应曲线，对曲线进行对数化处理并求微分，通过反卷积和离散化构建局部网络热路模型(Foster模型，见图1)，然后将局部网络热路模型转换成连续网络热路模型(Cauer模型，见图2)，获得功率半导体模块的结构函数曲线，得到模块中的热阻和热容分布。

上述现有技术对热阻分布的计算过程其存在的不足之处主要有：

1.通过测试功率半导体模块小电流下的电压温度系数以及模块对内部耗散功率阶跃变化的获得功率半导体模块瞬态温度响应曲线的方法，实测得到的数据曲线由于温度系数以及测试系统数据采集存在一定的误差，并且需要借助较为复杂的测试系统，计算过程较为复杂。

2.在功率半导体模块中，热传导的通路要经过多层传热介质，通过瞬态温度响应曲线建立网络热路模型并进行热路模型的变换，得到每层材料上的热路模型较为复杂，现有的技术方式准确率较低。

发明内容

因此，本发明要解决现有技术中的对功率半导体模块的热阻分布计算过程复杂的问题，从而提供一种功率半导体模块中热阻分布计算方法、装置、存储介质及电子设备。

为达到上述目的，本发明提供如下方案：

第一方面，本发明实施例提供一种功率半导体模块中热阻分布计算方法，包括：建立所述功率半导体模块的仿真模型，所述功率半导体模块包括多层材料层；获取所述功率半导体模块的仿真模型对应的第一总热阻仿真值；对所述仿真模型中的每一层材料层分别执行以下步骤，以得到每一层材料层在所述功率半导体模块的热阻占比，得到所述功率半导体模块的热阻分布：在所述仿真模型中对所述功率半导体模块的对第i层材料层引入传热系数的调整系数k_i，获取对第i层材料层引入调整系数k_i后所述功率半导体模块的第i热阻仿真值，所述第i热阻仿真值为所述第i层材料层引入调整系数k_i后所述功率半导体模块的第二总热阻仿真值，i取1至n，n为所述功率半导体模块的材料层层数；根据调整系数k_i、所述第i热阻仿真值与所述第一总热阻仿真值计算得到第i层材料层在所述功率半导体模块的热阻占比。