【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及功率半導體模塊，尤其涉及一種考慮溫度效應的壓接型igbt仿真建模方法和系統。
技術介紹
1、現有壓接型igbt(insulate-gate?bipolar?transistor，絕緣柵雙極晶體管)器件多物理場建模仿真，主要進行單一應力場或考慮多物理場間耦合關系建模，如電場、熱場、機械場單獨建模仿真，電場-熱場耦合，熱場-機械場耦合，或電場-熱場-機械場耦合仿真，但上述仿真模型都忽略了溫度對壓接型igbt器件內封裝材料屬性的影響，材料學研究表明金屬材料在溫度變化情況下，材料的電導率、導熱系數均會發生變化，igbt芯片在大導通電壓下電阻率與溫度正相關，但目前在壓接型igbt器件多物理場仿真中大多忽略了材料參數隨溫度的變化，影響壓接型igbt器件有限元模型仿真應力分析的準確性和壓接型igbt器件的可靠性。
技術實現思路
1、本專利技術實施例提供了一種考慮溫度效應的壓接型igbt仿真建模方法，能夠提高壓接型igbt器件有限元模型仿真應力分析的準確性和壓接型igbt器件的可靠性。
2、第一方面，本專利技術實施例提供一種考慮溫度效應的壓接型igbt仿真建模方法，包括：
3、根據igbt器件中每一組件的幾何形狀和材料屬性，建立所述igbt器件的有限元模型；
4、設置物理場之間的耦合關系，并為每一所述物理場建立對應的物理場方程；
5、根據仿真需求，為所述有限元模型設置邊界條件；
6、基于所述有限元模型和所述物理場方程進行耦合
7、進一步的，所述物理場包括電場、熱場和機械場，則，所述耦合關系包括：
8、所述電場與所述熱場通過功率損耗和材料電導率溫度效應之間的第一耦合關系、所述熱場與所述機械場通過接觸熱阻之間的第二耦合關系、所述電場與所述機械場通過所述接觸電阻之間的第三耦合關系、所述熱場與所述機械場通過熱膨脹和接觸熱阻之間的第四耦合關系、所述電場與材料導電率之間的第五耦合關系和所述熱場與所述材料導熱系數之間的第六耦合關系中的至少一種。
9、進一步的，所述為每一所述物理場建立對應的物理場方程，包括：
10、為電場建立電場方程；其中，所述電場方程包括位移電流方程、歐姆定律方程和電場分布方程；
11、為熱場建立熱場方程；其中，所述熱場方程包括損耗計算方程、熱傳遞方程和邊界散熱方程；
12、為機械場建立機械場方程；其中，所述機械場方程包括材料受力形變位移方程。
13、進一步的，所述邊界條件包括夾具壓力、導通電流、環境溫度、循環周期、占空比和水冷散熱系數中的至少一種。
14、進一步的，所述基于所述有限元模型和所述物理場方程進行耦合計算包括：
15、基于所述有限元模型和所述物理場方程進行耦合計算；其中，所述耦合計算包括計算接觸熱阻、接觸電阻、功率損耗、材料形變和材料溫度效應方程中的至少一種；
16、所述接觸熱阻和所述接觸電阻的計算公式如下：
17、
18、其中，hc為接觸導熱系數，ks為接觸界面導熱系數的調和平均數，m為表面相對斜率，σr為表面相對粗糙度，p為接觸壓力，hc為材料微硬度，he為接觸電導率，qs為接觸界面電導率的調和平均數。
19、進一步的，所述材料形變的計算公式如下：
20、
21、l2＝l1·[1+α·(t1-t0)]；
22、其中，l0為初始長度，l1為壓縮長度，e為彈性模量，a為材料面積，l2為熱膨脹長度，α為熱膨脹系數，t0為初始溫度，t1為最終溫度。
23、進一步的，所述功率損耗的計算公式如下：
24、
25、其中，w為功率損耗，u為材料兩端導通電壓，s為電流流過面積，ρ為電阻率，l為電流流過材料長度。
26、第二方面，本專利技術實施例提供一種考慮溫度效應的壓接型igbt仿真建模系統，包括：
27、有限元模型建立模塊，用于根據igbt器件中每一組件的幾何形狀和材料屬性，建立所述igbt器件的有限元模型；
28、耦合關系設置模塊，用于設置物理場之間的耦合關系，并為每一所述物理場建立對應的物理場方程；
29、邊界條件設置模塊，用于根據仿真需求，為所述有限元模型設置邊界條件；
30、耦合計算模塊，用于基于所述有限元模型和所述物理場方程進行耦合計算，根據計算結果進行仿真分析。
31、進一步的，所述物理場包括電場、熱場和機械場，則，所述耦合關系包括：
32、所述電場與所述熱場通過功率損耗和材料電導率溫度效應之間的第一耦合關系、所述熱場與所述機械場通過接觸熱阻之間的第二耦合關系、所述電場與所述機械場通過所述接觸電阻之間的第三耦合關系、所述熱場與所述機械場通過熱膨脹和接觸熱阻之間的第四耦合關系、所述電場與材料導電率之間的第五耦合關系和所述熱場與所述材料導熱系數之間的第六耦合關系中的至少一種。
33、進一步的，所述耦合關系設置模塊包括：
34、電場方程建立單元，用于為電場建立電場方程；其中，所述電場方程包括位移電流方程、歐姆定律方程和電場分布方程；
35、熱場方程建立單元，用于為熱場建立熱場方程；其中，所述熱場方程包括損耗計算方程、熱傳遞方程和邊界散熱方程；
36、機械場方程建立單元，用于為機械場建立機械場方程；其中，所述機械場方程包括材料受力形變位移方程。
37、與現有技術相比，本專利技術實施例提供的一種考慮溫度效應的壓接型igbt仿真建模方法，其有益效果在于：通過根據igbt器件中每一組件的幾何形狀和材料屬性，建立所述igbt器件的有限元模型；設置物理場之間的耦合關系，并為每一所述物理場建立對應的物理場方程；根據仿真需求，為所述有限元模型設置邊界條件；基于所述有限元模型和所述物理場方程進行耦合計算，根據計算結果進行仿真分析；考慮了溫度對壓接型igbt器件內封裝材料屬性的影響，能夠提高壓接型igbt器件有限元模型仿真應力分析的準確性和可靠性。
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1.一種考慮溫度效應的壓接型IGBT仿真建模方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的考慮溫度效應的壓接型IGBT仿真建模方法，其特征在于，所述物理場包括電場、熱場和機械場，則，所述耦合關系包括：
3.如權利要求1所述的考慮溫度效應的壓接型IGBT仿真建模方法，其特征在于，所述為每一所述物理場建立對應的物理場方程，包括：
4.如權利要求1所述的考慮溫度效應的壓接型IGBT仿真建模方法，其特征在于，所述邊界條件包括夾具壓力、導通電流、環境溫度、循環周期、占空比和水冷散熱系數中的至少一種。
5.如權利要求1所述的考慮溫度效應的壓接型IGBT仿真建模方法，其特征在于，所述基于所述有限元模型和所述物理場方程進行耦合計算包括：
6.如權利要求5所述的考慮溫度效應的壓接型IGBT仿真建模方法，其特征在于，所述材料形變的計算公式如下：
7.如權利要求5所述的考慮溫度效應的壓接型IGBT仿真建模方法，其特征在于，所述功率損耗的計算公式如下：
8.一種考慮溫度效應的壓接型IGBT仿真建模系統，其特征在于，包括
9.如權利要求8所述的考慮溫度效應的壓接型IGBT仿真建模系統，其特征在于，所述物理場包括電場、熱場和機械場，則，所述耦合關系包括：
10.如權利要求8所述的考慮溫度效應的壓接型IGBT仿真建模方法，其特征在于，所述耦合關系設置模塊包括：
...【技術特征摘要】
1.一種考慮溫度效應的壓接型igbt仿真建模方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的考慮溫度效應的壓接型igbt仿真建模方法，其特征在于，所述物理場包括電場、熱場和機械場，則，所述耦合關系包括：
3.如權利要求1所述的考慮溫度效應的壓接型igbt仿真建模方法，其特征在于，所述為每一所述物理場建立對應的物理場方程，包括：
4.如權利要求1所述的考慮溫度效應的壓接型igbt仿真建模方法，其特征在于，所述邊界條件包括夾具壓力、導通電流、環境溫度、循環周期、占空比和水冷散熱系數中的至少一種。
5.如權利要求1所述的考慮溫度效應的壓接型igbt仿真建模方法，其特征在于，所述基于...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周國偉，胡俊華，鄒暉，潘成程，焦晨驊，邢佳磊，衛林林，陳欣，孫林濤，裘鵬，汪全虎，戴鵬飛，程興民，王旋，劉威，彭晨光，陳川，沈正元，石明磊，朱貴池，
申請(專利權)人：國網浙江省電力有限公司超高壓分公司，
類型：發明
國別省市：
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