[发明专利]一种芯片热源分层的热模型建模方法

说明书

本申请公开了一种芯片热源分层的热模型建模方法，涉及热模型仿真领域。将芯片分为两个面热源和一个体热源。第一面热源的芯片集电极侧PN结距离集电极表面非常近，该部分产生的热量定义在集电极表面，第二面热源的沟道区距离芯片发射极表面非常近，该部分产生的热量定义在发射极表面，在热模型中定义为面热源；体热源的基区厚度占整个芯片厚度的98％左右，该部分产生的热量定义在整个芯片有源区中，在热模型中定义为体热源。通过对芯片集电极侧PN结开启电压、芯片基区电阻和芯片发射极侧沟道区的电阻的提取。不需要进行复杂的半导体仿真，即可提高传统单一热源仿真模型的精度，实现了对仿真难度和精度的兼顾。

技术领域

本发明涉及热模型仿真领域，尤其涉及一种杆件夹持旋转装置。

背景技术

对电力电子器件芯片结温的掌握对于确保电力电子器件的可靠设计和安全操作至关重要。但是测量器件内部的结温仍然是一项艰巨的任务，考虑到测量技术的局限性以及日益强大的仿真工具，可以开发基于有限元方法的热仿真模型来评估芯片结温。

在热模型仿真中，热源是非常重要的边界条件，对仿真结果有重要的影响作用。然而在过去的研究工作提出的热模型中，几乎不考虑芯片内部结构而简单假设热量在芯片内部的产生是均匀的。通常，将整个芯片都定义为发热位置，这种定义方式称之为体热源，或者将芯片表面定义为发热位置，这种定义方式称之为面热源。实际上，考虑到芯片内部的物理结构和载流子传导机理，芯片内部产生的热量并不均匀，这对仿真结果是存在影响的。例如有研究人员将IGBT芯片体积的上三分之一作为热源来进行热仿真，并与将整个芯片作为热源的情况进行比较，结果表明热源的设置确实对温度分布结果有显著影响。但是这种定义方式是基于经验主义，并没有给出具体的理论参考，因此需要完善热源定义方式和理论来提高热模型的精度。

在固定电流的情况下，功率的计算和导通压降息息相关，可以通过在PSpice中建立芯片的等效电路模型来获取芯片内部不同结构处导通电压的分布情况。但是建立准确的芯片等效电路模型并不容易，最广泛使用的等效电路模型是Hefner物理模型，该模型基于芯片的物理结构，需要许多半导体参数。参数提取是建模的重要步骤，提取精度对于仿真结果也是有直接影响作用。而Hefner模型的参数提取非常复杂且困难，不利于实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术热仿真模型中热源的定义方式和参数提取方法的局限性，提供一种基于芯片导通特性的热源分层模型，不需要进行复杂的半导体仿真，即可提高传统单一热源仿真模型的精度，实现了对仿真难度和精度的兼顾。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种芯片热源分层的热模型建模方法，将芯片分为第一面热源(P₁)和第二面热源(P₃)以及一个在所述第一面热源和第二面热源之间的体热源(P₂)；

所述第一面热源的芯片集电极侧PN结距离集电极表面非常近，该部分产生的热量定义在集电极表面，在热模型中定义为面热源，表示为P₁＝I·V_P+N；

所述第二面热源的沟道区距离芯片发射极表面非常近，该部分产生的热量定义在发射极表面，在热模型中定义为面热源，表示为P₃＝I²·R_CH；

所述体热源的基区厚度占整个芯片厚度的98％左右，该部分产生的热量定义在整个芯片有源区中，在热模型中定义为体热源，表示为P₂＝I²·F_RN(I)；

其中：V_P+N是芯片集电极侧PN结开启电压，F_RN(I)是芯片基区电阻，R_CH是芯片发射极侧沟道区的电阻。

进一步的，所述芯片集电极侧PN结开启电压V_P+N通过如下方式提取：