Ansys结构仿真加速功率模块研发

CAE仿真技术在功率模块产品设计中的应用简介：
功率模块在研发过程中常涉及到强度、刚度、冲击、疲劳、结构优化等多方面的工程问题。随着现代CAE仿真技术的日趋成熟，企业完全可以将这种先进的研发手段与试验和经验相结合，形成互补，从而提升研发设计能力，有效指导新产品的研发设计，节省产品开发成本，缩短开发周期，从而大幅度提高企业的市场竞争力。

功率模块结构仿真技术难点及对应方案：

散热及结构可靠性问题：
- IGBT的发热温升，产生IGBT模块的整体及局部热应力，
- Workbench仿真平台，非常适合做温度-热应力耦合分析
- 热-结构分析流程清晰明确，模型和数据互通，极大提升工作效率

利用 ANSYS Mechanical有限元分析软件
- 建立 IGBT 模块封装三维有限元模型（选取 IGBT 模块的 1/4建模）
- 通过导入IGBT芯片的发热功率及材料参数，进行温度场仿真，研究IGBT 模块整体及各层的温度分布

- 建立 IGBT 模块封装三维有限元模型（选取 IGBT 模块的 1/4建模），进行热-结构耦合仿真
- 研究基板、焊层以及衬板材料及其厚度对 IGBT 热应力的影响，并优化设计方案

封装体开裂问题：

封装体焊球疲劳失效问题：
- IGBT封装的焊层/焊球疲劳寿命计算
- 使用ANSYS Mechanical热-结构耦合
- 施加温度循环载荷
- 使用Anand非线性本构
- 计算焊接部位的热应力水平和热疲劳寿命

封装器件湿度扩散问题：
- 根据SCSP封装结构参数建立SCDM几何模型，根据已知的材料条件，进行湿-热参数转换，进行湿气扩散的分析，得到湿气扩散的过程，然后将湿气扩散结果导入静态结构分析进行湿应力与变形的计算，并进行结果分析使用ANSYS Mechanical热-结构耦合

- 利用ANSYS Mechanical软件，在Workbench平台下很好的解决了客户对于湿气扩散方面的仿真需求，通过该案例进一步证明在电子封装产品中，ANSYS具备强大的结构分析解决能力

结构模态振动问题：
- 模态分析是最基本的振动分析技术
- 在设计中常用以避免振动问题

结构谐波振动问题：
- 谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术；

- 计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值对频率的曲线。从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力；

- 借助谐响应分析设计人员能够验证其设计能否成功地克服共振，及其它受迫振动引起的有害效果。

结构随机振动问题：

结构振动疲劳耐久问题：

结构振动噪音问题：

统一仿真平台下的振动噪音分析流程

总结：
- 功率模块产品结构设计通常比较关注：如强度、刚度、温度、热应力、振动、疲劳等方面的问题，Ansys在该行业已经积累了大量相关成功使用经验；

- Ansys不仅拥有权威的行业黄金标杆求解器，而且软件操作界面简便、快捷，大大降低了CAE软件的操作难度，产品设计工程师也能快速上手解决实际问题；

- 针对功率模块产品， Ansys可以提供基于统一平台的跨越所有物理场的完整解决方案。