功率模塊的系統(tǒng)級(jí)仿真

王詠，閆鵬修，許杰文，李亮亮，朱賢龍

（廣東芯聚能半導(dǎo)體有限公司，廣東廣州，514000）

0 引言

隨著新能源汽車(chē)等行業(yè)的快速發(fā)展[1]和第三代半導(dǎo)體材料SiC的應(yīng)用[2]，功率模塊的技術(shù)也隨之快速發(fā)展，對(duì)功率模塊的設(shè)計(jì)和仿真提出了更高的要求。

在功率模塊的設(shè)計(jì)中，需要關(guān)注多個(gè)方面的性能表現(xiàn)，以更好地滿足應(yīng)用場(chǎng)景的需求。例如面對(duì)電流輸出能力，需要關(guān)注模塊的熱性能、寄生參數(shù)組成和大小、載流能力、雙脈沖表現(xiàn)、應(yīng)用電路表現(xiàn)；面對(duì)絕緣的要求，需要關(guān)注模塊的絕緣耐壓表現(xiàn)；面對(duì)模塊壽命的要求，需要關(guān)注其可靠性的表現(xiàn)。

在功率模塊的研發(fā)中，按照以往的流程，評(píng)估設(shè)計(jì)是否能滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，需要經(jīng)過(guò)：購(gòu)買(mǎi)材料、制作樣品、測(cè)試樣品多個(gè)流程，花費(fèi)的時(shí)間和成本都很高，如果測(cè)試出來(lái)的產(chǎn)品達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)，還需要多輪的周期才能完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。而借助仿真的工具，則可以在功率模塊設(shè)計(jì)階段，非?？焖俚剡M(jìn)行仿真，檢驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，無(wú)需做出樣品和測(cè)試。若不滿產(chǎn)品設(shè)計(jì)指標(biāo)，則快速修改設(shè)計(jì)，進(jìn)行設(shè)計(jì)+仿真迭代，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)后再進(jìn)行：購(gòu)買(mǎi)材料、制作樣品、測(cè)試樣品。從而能夠提高設(shè)計(jì)的一次性通過(guò)率，顯著縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、降低研發(fā)費(fèi)用。

由于功率模塊的設(shè)計(jì)指標(biāo)包含諸多方面，故功率模塊的仿真也是需要從不同方面進(jìn)行評(píng)估。以往的論文往往是針對(duì)某一方面進(jìn)行，針對(duì)功率模塊的系統(tǒng)級(jí)仿真較少，所以本文分析了功率模塊需要進(jìn)行的仿真類型和要求，并以一典型的車(chē)規(guī)級(jí)功率模塊為例，演示功率模塊的系統(tǒng)級(jí)仿真。

1 功率模塊系統(tǒng)仿真的內(nèi)容

針對(duì)功率模塊設(shè)計(jì)指標(biāo)的多方面性，在系統(tǒng)級(jí)仿真中與之對(duì)應(yīng)的仿真類型如表1所示。

表1 功率模塊仿真類型

在熱仿真中，一般需要關(guān)注其熱阻、結(jié)溫一致性、溫度分布、壓降等表現(xiàn)。在寄生參數(shù)仿真上，一般會(huì)提出模塊DC+到DC-的寄生電感、DC到AC的寄生電阻等要求，如果需要分析寄生參數(shù)組成的話，還需要獲取模塊各部分的寄生參數(shù)。對(duì)于雙脈沖仿真，一般需要關(guān)注電壓電流變化率、電壓電流峰值、異常振蕩、開(kāi)關(guān)損耗、芯片之間均勻性等方面。對(duì)于電流輸出能力要求，會(huì)拆分成應(yīng)用電路的電流輸出能力要求，以及封裝的長(zhǎng)期載流能力要求，前者主要針對(duì)包括封裝和芯片的模塊，評(píng)估其在實(shí)際應(yīng)用電路中能否滿足提出的電流輸出能力要求，而后者主要針對(duì)封裝部分，評(píng)估其是否能長(zhǎng)期承受要求的電流。絕緣耐壓仿真一般關(guān)注結(jié)構(gòu)和材料是否能滿足絕緣耐壓要求。對(duì)應(yīng)壽命要求的可靠性仿真，一般需要根據(jù)一系列客戶工況條件、算法和標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)換成模塊的可靠性要求，從而進(jìn)行可靠性仿真。EMI/EMC仿真則用于評(píng)估是否滿足制定的電磁兼容要求。工藝過(guò)程仿真通過(guò)模擬實(shí)際工藝過(guò)程，檢查設(shè)計(jì)的可制造性，指導(dǎo)工藝過(guò)程。

除了上述強(qiáng)調(diào)的系統(tǒng)級(jí)仿真需要全面覆蓋設(shè)計(jì)指標(biāo)等需求，為了保證仿真結(jié)果可用于指導(dǎo)功率模塊的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)級(jí)仿真還需要特別注意仿真的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定量評(píng)估產(chǎn)品性能。這需要從理論原理、仿真軟件、模型設(shè)置、材料屬性、測(cè)試方法等諸多方面進(jìn)行研究，使用準(zhǔn)確、合適、可靠的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)仿真方法進(jìn)行校準(zhǔn)，合理地調(diào)整仿真方法，使得仿真結(jié)果的誤差較小，并且具備可重復(fù)性、普遍性，可推廣適用于校準(zhǔn)之外的條件。

在仿真方法精度足夠高、仿真內(nèi)容充分覆蓋設(shè)計(jì)指標(biāo)、風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)等內(nèi)容后，可以預(yù)見(jiàn)的是仿真可以非常有效評(píng)估功率模塊的設(shè)計(jì)，仿真評(píng)估后能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)和沒(méi)有明顯風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)，可以一次性通過(guò)樣品制作和后續(xù)測(cè)試，顯著縮短產(chǎn)品研發(fā)周期和費(fèi)用。

2 功率模塊的系統(tǒng)級(jí)仿真示例

以一模塊為例，演示功率模塊的系統(tǒng)級(jí)仿真，包含熱仿真、寄生參數(shù)仿真、載流能力仿真、絕緣耐壓仿真、雙脈沖仿真、應(yīng)用電路仿真和可靠性仿真。由于篇幅的限制，EMI/EMC和工藝過(guò)程仿真暫不演示。

■2.1 示例模塊

示例模塊采用新能源電動(dòng)車(chē)較常見(jiàn)采用的Infineon HybridPackTM Drive封裝模塊，電路拓?fù)錇槿嗳珮蛲負(fù)?，如圖1所示。每單元中有4顆SiC Mosfet芯片并聯(lián)，芯片正面連接方式為鍵合鋁線，芯片下方連接方式采用銀燒結(jié)，為了簡(jiǎn)化模型，省略底板的PinFin，底板背面為光板。主要材料和仿真所使用的材料屬性如表2所示。

圖1 實(shí)例模塊

表2 幾何模型和各層材料名稱與材料屬性

■2.2 熱仿真

為了簡(jiǎn)化模型，熱仿真模型采用單相模型，選取V相，見(jiàn)圖2。由于模塊主要是向下傳熱，故忽略芯片上的鍵合線、硅凝膠、端子、外殼和蓋板等幾何體。發(fā)熱區(qū)域與結(jié)溫定義區(qū)域?yàn)樾酒性磪^(qū)幾何體，見(jiàn)圖3，黑色有源區(qū)幾何體內(nèi)部均勻發(fā)熱，單顆芯片發(fā)熱功率為144W，單顆芯片結(jié)溫定義為黑色有源區(qū)幾何體的體平均溫度，單元平均溫度定義為4顆芯片結(jié)溫的平均值。底板底部中心設(shè)置有對(duì)流換熱邊界條件，溫度65℃，對(duì)流換熱系數(shù)為20000W/（m2·℃），單元熱阻定義為：(4顆芯片結(jié)溫的平均值-65℃)/(144W×4)。材料屬性設(shè)置如表2所示。

圖2 熱仿真幾何模型示意圖

圖3 熱仿真邊界條件設(shè)置示意圖

溫度和熱阻等結(jié)果見(jiàn)表3，VH和VL單元熱阻分別為0.153和0.152℃/W，VH和VL單元內(nèi)結(jié)溫極差分別為7.18℃和8.13℃。VH3和VL2芯片結(jié)溫更高，主要原因?yàn)槠渌闹艿男酒瑪?shù)量最多，均為5顆，與其他芯片的熱耦合作用更加顯著，導(dǎo)致溫度更高。同理VH1和VL4芯片由于其周?chē)酒瑪?shù)量最少（2顆），結(jié)溫更低。

表3 熱仿真結(jié)果—溫度和熱阻等信息

溫度云圖結(jié)果見(jiàn)圖4，高溫區(qū)域集中于芯片周?chē)?，芯片之間的溫度分布明顯更高。由于整體芯片分布較為均勻，所以散熱利用的AMB面積比較充足，只有四角區(qū)域溫度較低。

圖4 熱仿真結(jié)果—溫度云圖

圖5 寄生參數(shù)仿真所采用的幾何模型

■2.3 寄生參數(shù)仿真

熱仿真模型采用單相模型，同樣選取V相，省略外殼、蓋板等幾何體。在各芯片與封裝的接口、端子、Pin針的接口均設(shè)置Source或者Sink，用于計(jì)算各部分的寄生參數(shù)，并用于后續(xù)的雙脈沖仿真和電路仿真。

各芯片回路的寄生參數(shù)結(jié)果見(jiàn)表4和表5。在各芯片的均勻性上，D極的寄生電阻和電感的差異較小，S極和G極的寄生電阻和電感差異較大。這是由于封裝設(shè)計(jì)導(dǎo)致，不同芯片的S極和G極的封裝路徑長(zhǎng)短存在較大差異。模塊總回路的寄生參數(shù)仿真結(jié)果見(jiàn)表6。模塊DC+到DC-的1MHz下寄生電感為10.87nH，上下橋回路的寄生電感和電阻差異較小。

表4 0Hz下各芯片回路封裝寄生仿真電阻

表5 1MHz下各芯片回路封裝寄生電感仿真結(jié)果

表6 模塊總回路寄生參數(shù)仿真結(jié)果

除了某個(gè)頻率下的寄生參數(shù)結(jié)果，還可以輸出寄生參數(shù)的掃頻特性，以模塊DC+到DC-的寄生參數(shù)掃頻特性為例（圖6），隨著頻率增加，寄生電感先基本維持不變，隨后降低，在高頻區(qū)域寄生電感又趨近于某一值，不再減小；而寄生電阻在低頻范圍基本維持不變，隨著頻率增加，電阻顯著增大。

圖6 封裝DC+到DC—寄生參數(shù)掃頻特性

除了寄生參數(shù)數(shù)值之外，寄生參數(shù)仿真還可以提供電流云圖信息（見(jiàn)圖7），可以用于判斷是否存在電流密度集中的現(xiàn)象。

圖7 0Hz下體電流密度云圖（L—arm開(kāi)通時(shí)）

■2.4 載流能力仿真

載流能力仿真是熱-電聯(lián)合仿真的一種，在熱仿真的基礎(chǔ)上考慮電流流過(guò)的焦耳熱，并且需要考慮溫度對(duì)焦耳熱的影響。根據(jù)仿真的溫度場(chǎng)和相應(yīng)材料的耐溫?cái)?shù)據(jù)，判斷封裝的載流能力。

載流能力仿真采用的幾何模型(圖8)與熱仿真相比，增加了功率端子、鍵合線等會(huì)流過(guò)大電流的結(jié)構(gòu)。在芯片發(fā)熱（單顆芯片功率144W）的同時(shí)，使得各個(gè)芯片流過(guò)100A電流，總回路流過(guò)400A電流，仿真流過(guò)功率端子、正面覆銅、鍵合線等結(jié)構(gòu)的焦耳熱，傳遞給熱仿真。

圖8 載流能力仿真幾何模型示意圖

整體溫度云圖結(jié)果見(jiàn)圖9，鍵合線的溫度較高，大部分溫度已經(jīng)超過(guò)174.24℃，功率端子的溫度整體較低，最高溫度118.14℃。圖10鍵合線的溫度云圖中，較長(zhǎng)的鍵合線溫度較高，最高溫度高達(dá)340.25℃，已經(jīng)超過(guò)硅凝膠的耐溫極限，說(shuō)明該模塊的載流能力不滿足400A直流。

圖9 載流能力仿真溫度云圖（總體）

圖10 載流能力仿真溫度云圖（鍵合線）

通過(guò)不斷降低總回路電流，使得鍵合線溫度降低至硅凝膠的耐溫極限，即可得到該模塊的最大直流載流能力。

■2.5 絕緣耐壓仿真

絕緣耐壓仿真屬于靜電場(chǎng)仿真的類型，通過(guò)仿真模塊的電場(chǎng)強(qiáng)度分布，結(jié)合材料的介電強(qiáng)度指標(biāo)判斷是否發(fā)生介電擊穿。本次以模塊端子和底板之間需要承受4200V直流耐壓的要求為例，仿真端子到底板之間承受4200V時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布。仿真模型如圖11所示，相對(duì)于載流能力仿真，增加外殼、硅凝膠。

圖11 絕緣耐壓仿真幾何模型示意圖

關(guān)鍵絕緣材料（外殼、硅凝膠、AMB陶瓷層）的電場(chǎng)強(qiáng)度仿真結(jié)果見(jiàn)圖12。為了判斷是否能承受4200V直流電壓，需要逐個(gè)檢查每個(gè)絕緣材料是否發(fā)生擊穿，即電場(chǎng)強(qiáng)度大于擊穿場(chǎng)強(qiáng)（介電強(qiáng)度）的區(qū)域是否貫穿整個(gè)絕緣體。

圖12 外殼、硅凝膠和AMB陶瓷層的總體電場(chǎng)強(qiáng)度云圖

在外殼區(qū)域的圖13中，電場(chǎng)強(qiáng)度大于擊穿場(chǎng)強(qiáng)（介電強(qiáng)度）的區(qū)域主要出現(xiàn)在底板與外殼固縮螺絲的周?chē)?，但沒(méi)有貫穿外殼厚度，所以外殼沒(méi)有擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。在AMB陶瓷層的圖14中，電場(chǎng)強(qiáng)度大于擊穿場(chǎng)強(qiáng)（介電強(qiáng)度）的區(qū)域出現(xiàn)在正面覆銅的邊緣，主要由于電場(chǎng)在尖端集中的現(xiàn)象。從側(cè)面視圖中看到?jīng)]有貫穿整個(gè)陶瓷厚度，所以陶瓷沒(méi)有擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。在硅凝膠區(qū)域的圖15中，電場(chǎng)強(qiáng)度大于擊穿場(chǎng)強(qiáng)（介電強(qiáng)度）的區(qū)域同樣出現(xiàn)在正面覆銅的邊緣，同樣主要由于電場(chǎng)在尖端集中的現(xiàn)象。從俯視圖和側(cè)面圖看，危險(xiǎn)區(qū)域的尺寸較小，沒(méi)有出現(xiàn)貫穿硅凝膠的情況，所以同樣沒(méi)有擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。

圖13 外殼中電場(chǎng)強(qiáng)度大于3.5MV/m的區(qū)域（紅色區(qū)域）

圖14 AMB陶瓷中電場(chǎng)強(qiáng)度大于15MV/m的區(qū)域（紅色區(qū)域）

圖15 硅凝膠中電場(chǎng)強(qiáng)度大于11.5MV/m的區(qū)域（紅色區(qū)域）

綜合關(guān)鍵絕緣材料（外殼、硅凝膠、AMB陶瓷層）的電場(chǎng)強(qiáng)度云圖，可以判斷該模塊端子和底板之間可以承受4200V直流耐壓。

■2.6 雙脈沖仿真

雙脈沖仿真的電路組成如圖16所示，由封裝寄生參數(shù)（由Q3D導(dǎo)入）部分、封裝芯片、負(fù)載與母線部分、VDS&VDSR測(cè)量部分、被測(cè)與配測(cè)驅(qū)動(dòng)部分共5部分組成。其中封裝寄生參數(shù)部分主要提供模塊封裝的寄生參數(shù)，實(shí)現(xiàn)雙脈沖仿真中考慮模塊封裝寄生參數(shù)的影響。封裝芯片部分則需要實(shí)現(xiàn)對(duì)所用芯片的準(zhǔn)確建模，保證雙脈沖仿真波形能實(shí)現(xiàn)實(shí)際芯片的動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)相應(yīng)過(guò)程。具體仿真設(shè)置見(jiàn)表7。

圖16 雙脈沖仿真電路示意圖

表7 雙脈沖仿真設(shè)置

波形結(jié)果見(jiàn)圖17和圖18，可以看到整體波形較為平滑，沒(méi)有異常的振蕩等現(xiàn)象。各芯片的電壓電流仿真波形見(jiàn)圖19和圖20。在圖20開(kāi)通波形中，各芯片的電流ID在開(kāi)通的第一個(gè)上升峰階段有明顯差異，芯片3&4的ID明顯大于芯片1&2，特別是在峰值附近；各芯片的VDS波形基本一致；各芯片的VDSR波形在上升時(shí)存在小幅振蕩，并且不同芯片振蕩波形存在差異；各芯片的VGS波形在芯片ID差別較大的區(qū)間內(nèi)也存在小幅振蕩，并且，并且芯片1、2與芯片3、4振蕩出現(xiàn)相反的情況。在圖19關(guān)斷波形中，各芯片的VDS和VDSR波形基本一致；ID波形在關(guān)斷期間存在小幅差異，芯片3&4的ID小于芯片1&2，與開(kāi)通趨勢(shì)相反；各芯片的VGS波形在芯片ID出現(xiàn)差異時(shí)存在小幅振蕩現(xiàn)象，并且芯片1、2與芯片3、4振蕩波形出現(xiàn)相反的情況。

圖17 雙脈沖仿真結(jié)果—第一次關(guān)斷總電壓電流波形

圖18 雙脈沖仿真結(jié)果—第二次開(kāi)通總電壓電流波形

圖19 雙脈沖仿真結(jié)果—第一次關(guān)斷各芯片電壓電流波形

圖20 雙脈沖仿真結(jié)果—第二次開(kāi)通各芯片電壓電流波形

■2.7 應(yīng)用電路仿真

應(yīng)用仿真的電路組成如圖21所示，由母線電路與負(fù)載電路、熱模型、封裝及芯片、驅(qū)動(dòng)電路共4部分組成，其中熱模型、封裝及芯片部分以U相為例，完整仿真模型還包括V和W相。

圖21 應(yīng)用電路仿真電路示意圖

仿真中采用負(fù)載電阻和負(fù)載電感等效電機(jī)負(fù)載，PWM調(diào)制，開(kāi)關(guān)頻率為6kHz，輸出電流頻率為50Hz，輸出電流交流有效值為91.2A，母線電壓400V。

U、V、W三相負(fù)載電流如圖22所示，V相各芯片結(jié)溫如圖23所示，可以看到由于封裝的差異導(dǎo)致并聯(lián)芯片的結(jié)溫也存在著明顯差異。

圖22 U、V、W三相負(fù)載電流

圖23 V相各芯片結(jié)溫隨時(shí)間變化

■2.8 可靠性仿真—功率循環(huán)仿真

可靠性仿真包含較多的內(nèi)容：例如功率循環(huán)、溫度循環(huán)、高低溫存儲(chǔ)等，由于篇幅的原因以功率循環(huán)為例。功率循環(huán)可靠性仿真所使用的幾何模型如圖24所示，從全橋模塊截取單顆芯片的部分，包含鍵合線、芯片、Sinter、AMB、AMB Solder和Baseplate。模擬的功率循環(huán)條件為：開(kāi)通2s，關(guān)斷2s，周期4s，總時(shí)間30s。在芯片的發(fā)熱區(qū)域設(shè)置發(fā)熱功率，發(fā)熱功率隨時(shí)間的變化如圖25所示，開(kāi)通時(shí)發(fā)熱功率為121.5W，關(guān)斷時(shí)發(fā)熱功率為0W。散熱條件為對(duì)流換熱系數(shù)：20000W/(m·K)，溫度65℃。無(wú)熱應(yīng)力溫度為22℃。

圖24 功率循環(huán)可靠性仿真所使用的幾何模型和邊界條件

圖25 功率循環(huán)可靠性仿真中發(fā)熱功率隨時(shí)間的變化

仿真模型整體最高溫度隨時(shí)間的變化如圖26所示，最高為175.01℃，位置出現(xiàn)在芯片中心，時(shí)間為第三個(gè)周期及以后的停止加熱時(shí)刻。最低為74.835℃，位置出現(xiàn)在模型角落，時(shí)間出現(xiàn)在第三個(gè)周期及以后的開(kāi)始加熱時(shí)刻。從圖27溫度云圖中，最高溫度時(shí)刻下，高溫區(qū)域出現(xiàn)在芯片中心以及芯片中心區(qū)域的鍵合線，從芯片向外溫度逐漸降低。最低溫度時(shí)刻下，整體溫度較低。

圖26 整體最高溫度隨時(shí)間的變化

圖27 最后一個(gè)周期最高溫度時(shí)刻與最低溫度時(shí)刻整體溫度云圖

在圖28整體變形云圖中，最高溫時(shí)刻下，變形較大的位置出現(xiàn)在線弧頂部區(qū)域，并且跨度大的線弧頂部變形量大于跨度較小的線弧，最大變形量為18.5μm。最低溫度時(shí)刻下，仍然存在變形，這是由于仿真中無(wú)熱應(yīng)力溫度為22℃，最低溫度時(shí)刻下整體溫度為72.9～74.9℃之間，高于無(wú)熱應(yīng)力溫度，所以仍然會(huì)存在變形。最高變形的位置與高溫時(shí)刻一致，均出現(xiàn)在線弧頂部，最大變形量為8.76μm。

圖28 最后一個(gè)周期最高溫度時(shí)刻與最低溫度時(shí)刻整體變形云圖

由于在功率循環(huán)中，最先出現(xiàn)失效的往往是鍵合線，所以接下來(lái)進(jìn)一步分析鍵合線的力學(xué)結(jié)果。在圖29的鍵合線等效應(yīng)力云圖中，最大等效應(yīng)力出現(xiàn)在芯片上的Bond點(diǎn)邊緣上，并且高溫和低溫下的數(shù)值相近。在線弧上，高溫和低溫下的等效應(yīng)力存在明顯差異，高溫時(shí)刻等效應(yīng)力大于低溫時(shí)刻。在圖30中，累計(jì)等效塑性應(yīng)變主要出現(xiàn)芯片的Bond點(diǎn)上， AMB上的Bond點(diǎn)的累計(jì)等效塑性應(yīng)變幾乎為0。

圖30 最后一個(gè)周期最高溫度時(shí)刻與最低溫度時(shí)刻鍵合線累計(jì)等效塑性應(yīng)變?cè)茍D

對(duì)比Bond點(diǎn)在循環(huán)中平均溫度隨時(shí)間的變化（圖32），所有Bond點(diǎn)中，芯片上的Bond點(diǎn)（第一和第二Bond點(diǎn)）最高溫度明顯高于AMB上Bond點(diǎn)，并且Source極鍵合線Bond點(diǎn)的最高溫度比柵極鍵合線Bond點(diǎn)更高。在Source極鍵合線Bond點(diǎn)中，從高溫到低溫的鍵合線順序?yàn)椋篠2→S3→S1→S4(命名規(guī)則見(jiàn)圖31)。

圖31 鍵合線Bond點(diǎn)命名規(guī)則

圖32 不同鍵合線Bond點(diǎn)面平均溫度隨時(shí)間變化

圖33 不同鍵合線Bond點(diǎn)平均累計(jì)等效塑性應(yīng)變隨時(shí)間變化

對(duì)比Bond點(diǎn)在循環(huán)中平均累計(jì)等效塑性應(yīng)變隨時(shí)間的變化，在芯片上的Source極Bond點(diǎn)中，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，累計(jì)等效塑性應(yīng)變隨之快速增加，而芯片上的Gate極Bond點(diǎn)，從第三個(gè)周期開(kāi)始，增長(zhǎng)的速率明顯放緩。而在AMB上的第三Bond點(diǎn)，循環(huán)開(kāi)始時(shí)，累計(jì)等效塑性應(yīng)變快速增加，但是一定的循環(huán)次數(shù)后，累計(jì)等效塑性應(yīng)變基本不變。在Bond點(diǎn)之間的比較中，累計(jì)等效塑性應(yīng)變的趨勢(shì)與溫度基本一致。從圖34的Bond點(diǎn)最后三個(gè)周期平均累計(jì)等效塑性應(yīng)變?cè)黾又蹬c周期內(nèi)平均溫度最大值與最小值極差之間的關(guān)系中，可以看到Bond點(diǎn)之間的累計(jì)等效塑性應(yīng)變?cè)黾又档拇笮≮厔?shì)，與其平均溫度最大值與最小值極差的趨勢(shì)基本一致，溫度極差越大，累計(jì)等效塑性應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)越快。

圖34 Bond點(diǎn)最后三個(gè)周期平均累計(jì)等效塑性應(yīng)變?cè)黾又蹬c周期內(nèi)平均溫度最大值與最小值極差之間的關(guān)系

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了功率模塊系統(tǒng)仿真包含的內(nèi)容：熱仿真、寄生參數(shù)仿真、雙脈沖仿真、載流能力仿真、應(yīng)用電路仿真、絕緣耐壓仿真、可靠性仿真、EMI/EMC仿真、工藝過(guò)程仿真等方面；強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)級(jí)仿真需要不斷提高其覆蓋范圍和準(zhǔn)確性；以一功率模塊（4顆芯片并聯(lián)，三項(xiàng)六單元）為例，簡(jiǎn)單演示了功率模塊系統(tǒng)仿真的效果，包括熱仿真、寄生參數(shù)仿真、載流能力仿真、絕緣耐壓仿真、雙脈沖仿真、應(yīng)用電路仿真和可靠性仿真，并對(duì)各個(gè)仿真結(jié)果進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析。