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车载功率半导体能抵御烈日暴晒吗?_2

2019-10-09 15:18栏目:案例
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  过去,车载功率半导体的热分析仿真模型全部是以稳定状态为分析对象的。电装技术开发中心DP-EDA改革室担当组长、长期负责ECU(电子控制单元)热分析的筱田卓也就车载功率半导体的瞬态热分析模型发表了演讲。

  筱田在Mentor Forum 2015-T3Ster用户会议(2015年7月3日在东京举行)上演讲说,瞬态热分析的需求不断高涨。例如,盛夏时节在烈日下长时间行驶的汽车停下来后,发动机舱的温度会变得相当高。筱田称,针对这种情况,需要通过模拟确认功率半导体有没有问题,即利用瞬态热分析模型(以下称瞬态热模型)确认功率半导体的结温。

  在此次演讲中,筱田介绍了3种瞬态热模型(图1)。

(1)JEITA正在开发的瞬态热模型

(2)基于美国T3Ster实际测量的RC模型

(3)基于T3Ster实际测量的详细模型。

(2)和(3)提到的T3Ster是美国明导国际公司开发的热阻测量装置,这两种模型是电装与明导国际日本公司和IDAJ(从事热分析等CAE产品的销售及技术支持等的企业。总部位于横滨市)三家公司共同开发的。筱田率先在日本导入了T3Ster,将其用于稳态热分析用模型的开发。

图1 三种瞬态热模型的比较

  扩展标准模型

  (1)JEITA正在开发的瞬态热模型没有T3Ster也能开发。以用于稳态热分析的标准模型DELPHI为原型(图2)。也就是说,JEITA在热阻模型DELPHI中加入了热容。由于机密性较高,适合作为半导体厂商提供给用户的模型使用。

图2 JEITA正在开发的瞬态热模型概要

  (3)基于T3Ster实际测量的详细模型以实际测量的数据为基础进行校准,因此特点是精度高,不过由于是详细模型,仿真时间较长(图3)。筱田称,比较适合封装开发人员使用。

图3 基于T3Ster实际测量的详细模型的概要

  适合用户的模型

  另外一个(2)基于美国T3Ster实际测量的RC模型是适合电装等车载功率半导体用户的模型(图4)。因为即使没有内部尺寸和比热等元件信息也能制作模型,或者可以设置实际测量点,利用实测数据优化模型。

图4 基于T3Ster实际测量的RC模型的概要

  基于美国T3Ster实际测量的RC模型分三个阶段制作。第一阶段利用T3Ster,通过JEDEC标准的TDI法实施干湿测量,计算构造函数。第二阶段限定环境,定义最低要求的拓扑(图5)。在该阶段还要确立实测点Tc节点。

图5 定义拓扑

  可根据实测值进行校准

  第三阶段根据仿真(此次利用Mentor公司的热流体仿真软件FloTHERM)结果和T3Ster的实际测量结果,利用优化算法(此次利用多目标遗传算法MOGA-II),计算热阻和热容的最优解(图6)。

图6 优化流程

  最后,筱田公开了优化结果。筱田称,可制作根据实测结果进行了校准的Tj、Tc计算模型(图7)。此次的最佳结果为采用TO-252封装功率半导体的产品,今后将验证采用BGA和QFP等其他封装也不存在问题。

图7 优化结果示例