本發(fā)明涉及半導體領域，特別是涉及一種功率模塊耦合熱阻計算方法及存儲介質(zhì)。

背景技術：

1、功率模塊通常是指在電子設備中用于處理和轉換電能的組件。它們可以是獨立的組件，也可以是集成在電路板上的模塊。功率半導體器件：如igbt(絕緣柵雙極晶體管)、mosfet(金屬氧化物半導體場效應晶體管)等，用于高速開關和功率放大。

2、igbt(絕緣柵雙極晶體管)功率模塊是一種先進的功率半導體器件，它結合了mosfet的簡單柵極驅動特性和雙極晶體管的高電流、低飽和電壓能力。igbt模塊通常由多個igbt芯片通過特定的電路橋接封裝而成，可以直接應用于變頻器、ups不間斷電源等設備上，具有節(jié)能、安裝維修方便、散熱穩(wěn)定等特點。igbt功率模塊在新能源汽車的電驅系統(tǒng)中扮演著核心角色，主要負責將動力電池放出的直流電轉換為交流電，使驅動電機工作，從而將電能轉換為機械能。igbt模塊的標準封裝形式是一個扁平的類長方體，具有多個端子和引腳，用于不同的電氣連接。igbt模塊的內(nèi)部結構通常包括多個igbt芯片單元的并串聯(lián)結構，通過快速開斷來改變電流的流出方向和頻率，從而輸出所需的交流電。

3、igbt功率模塊的耦合熱阻是指在模塊內(nèi)部，由于多個功率器件(如igbt芯片)緊密排列，它們之間的熱能傳遞會產(chǎn)生相互影響，這種現(xiàn)象稱為熱耦合。熱耦合效應會導致模塊內(nèi)部溫度分布不均勻，影響模塊的散熱效率和整體性能。耦合熱阻是影響igbt模塊熱管理的關鍵因素之一。在模塊設計和應用過程中，需要考慮熱耦合效應，以確保模塊能夠在安全的溫度范圍內(nèi)工作。通過優(yōu)化模塊布局、選擇合適的封裝材料和散熱設計，可以降低耦合熱阻，提高模塊的散熱性能。

4、例如，在igbt模塊中，如果兩個相鄰的功率器件之間的距離較近，它們之間的熱能傳遞就會增強，導致耦合熱阻降低。然而，如果器件之間的距離過大，耦合熱阻可能會增加，從而影響整體的散熱效率。

5、隨著國內(nèi)電動汽車行業(yè)的快速發(fā)展，功率模塊作為電動汽車的關鍵零部件也隨之大幅發(fā)展，功率密度、電壓等級都有較大提高，結溫越來越成為功率模塊可靠性監(jiān)控的關鍵指標。目前功率模塊的結溫主要通過特定算法估算的方式監(jiān)控，在各種算法中，zth,js都是重要的參數(shù)，不僅時芯片的自熱阻，芯片間的耦合熱阻同樣扮演重要角色。

6、現(xiàn)有求解耦合熱阻的方式主要有計算和實測兩種：

7、1、實際測試難度較高且誤差較大，結溫估算存在較大難度。但是，實測耦合熱阻的方案在技術實現(xiàn)上難度較高，本身結溫的測量即難度較高，實測溫度變化曲線后擬合耦合熱阻誤差更高。

8、2、計算方式中通過熱擴散角計算耦合熱阻是比較常用的方案。但是，通過熱擴散角計算耦合熱阻的方式，對芯片熱量向下傳遞過程做了較多簡化，與實際傳熱過程差異較大，由此引入了較大的誤差，參考意義不強。

9、中國專利cn116298749a采用實測方式獲取偶熱熱阻，將器件1作為熱源，器件2作為待測器件，利用電參數(shù)測量方法獲取器件2對器件1作為熱源時的溫度響應曲線，以此曲線擬合器件1對器件2的耦合熱阻。該測量方法存在誤差較大，器件2對器件1作為熱源時的溫度相應存在延遲，該延遲在擬合時會引入較大誤差。

10、綜上所，亟需一種能快速、準確獲得功率模塊耦合熱阻的方案。

技術實現(xiàn)思路

1、在
技術實現(xiàn)要素：
部分中引入了一系列簡化形式的概念,該簡化形式的概念均為本領域現(xiàn)有技術簡化，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。

2、本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種能快速、準確獲得功率模塊耦合熱阻的計算方法及存儲介質(zhì)。

3、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的功率模塊耦合熱阻計算方法，包括以下步驟：

4、s1，獲得功率模塊的物理參數(shù)；

5、s2，簡化仿真用3d模型，去除與功率模塊熱傳遞方向不相關部件，僅保留與功率模塊熱傳遞方向相關部件；

6、s3，構建功率模塊耦合熱阻計算模型，包括：將簡化后的仿真用3d模型生成仿真用網(wǎng)格，根據(jù)生成的仿真用網(wǎng)格計算基板pinfin面對流換熱系數(shù)；

7、s4，基于pinfin面對流換熱系數(shù)進行穩(wěn)態(tài)熱分析，以及模擬隨時間變化的熱傳遞過程；

8、s5，在穩(wěn)態(tài)熱分析中加載igbt損耗和diode損耗，仿真分別獲得igbt和diode最高溫度點坐標；

9、s6，以igbt為熱源仿真計算耦合到diode的熱阻；

10、以diode為熱源仿真計算耦合到igbt的熱阻；

11、s7，將耦合到diode的熱阻zth,jf_diode和耦合到igbt的熱阻zth,jf_igbt進行擬合獲得耦合熱阻。

12、優(yōu)選的，進一步改進所述的功率模塊耦合熱阻計算方法，與功率模塊熱傳遞方向不相關部件包括：框架、芯片上綁定線和硅凝膠；

13、與功率模塊熱傳遞方向相關部件包括：芯片、芯片下層焊料、dbc下層焊料、dbc銅層、基板、冷卻液和散熱水道。

14、所述仿真用3d模型是現(xiàn)有技術的任意一種。

15、優(yōu)選的，進一步改進所述的功率模塊耦合熱阻計算方法，實施步驟s3包括：

16、將簡化后的仿真用3d模型通過ansys?workbench?mesh生成仿真用網(wǎng)格，將生成的仿真用網(wǎng)格通過ansys?cfx計算基板pinfin面對流換熱系數(shù)。

17、優(yōu)選的，進一步改進所述的功率模塊耦合熱阻計算方法，實施步驟s4包括：

18、將pinfin面對流換熱系數(shù)導入ansys?steady-state?thermal進行穩(wěn)態(tài)熱分析，將pinfin面對流換熱系數(shù)導入transient?thermal模擬隨時間變化的熱傳遞過程。

19、優(yōu)選的，進一步改進所述的功率模塊耦合熱阻計算方法，實施步驟s5包括：

20、通過雙脈沖測試獲取給定驅動條件下的eon、eoff、erev；

21、eon:igbt開通損耗；

22、eoff:igbt關斷損耗；

23、erev:diode反向恢復損耗；

24、利用以下公式計算igbt的損耗pigbt和diode的損耗pdiode：

25、pigbt＝(eon+econd+eoff)*fsw；

26、pdiode＝(erev+econd)*fsw。

27、fsw:igbt開關頻率。

28、優(yōu)選的，進一步改進所述的功率模塊耦合熱阻計算方法，實施步驟s6包括：

29、以計算獲取的igbt和diode最高溫度坐標在建立坐標系，在插入溫度探針，設定初始溫度為t0；

30、單獨以igbt或diode為熱源，仿真獲取溫度探針隨時間(0-10s)的響應tj(t)；

31、利用以下公式計算耦合熱阻zth,jf，zth,jf＝(tj(t)-t0)/p。

32、優(yōu)選的，進一步改進所述的功率模塊耦合熱阻計算方法，實施步驟s7包括：

33、將diode耦合熱阻zth,jf_diode或igbt耦合熱阻zth,jf_igbt導入matlab；

34、通過曲線擬合獲得耦合熱阻四階函數(shù)。

35、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的計算機可讀存儲介質(zhì)，其內(nèi)部存儲有一計算機程序，所述計算機程序被執(zhí)行時用于實現(xiàn)上述任意一項所述功率模塊耦合熱阻計算方法中的步驟。

36、本發(fā)明針對功率模塊提出采用有限元分析方法求出igbt+diode損耗工況下最高溫度點坐標；求解耦合熱阻時，僅利用器件1作為熱源，獲取器件2求出的最高溫度點坐標的溫度相應曲線；獲取相應曲線后擬合耦合熱阻，反之亦然。本發(fā)明采用仿真方式，初始參數(shù)設置可調(diào)整性高，不存在溫度數(shù)據(jù)采點延遲，誤差低；采用最高溫度點坐標方式求解，溫度取值快速、精確，待測點對熱源溫度相應曲線獲取難度低。