基于瞬态热仿真的宇航厚膜SSPC可靠性设计研究

中 图分 类 号 ：ＴＮ４５２
文 献 标 识 码 ：Ａ
ＤＯＩ：１０．１６１５７／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５８—７９９８．２０１７．０１．００７
中 文 引 用 格 式 ： 张 宇 ，郭 坤 ．基 于 瞬 态 热 仿 真 的 宇 航 厚 膜 ＳＳＰＣ 可 靠 性 设 计 研 究 ［Ｊ】．电 子 技 术 应 用 ，２０１７，４３（１）：２８－３１，３８． 英 文 引 用 格 式 ：Ｚｈａｎｇ Ｙｕ，Ｇｕｏ Ｋｕｎ．Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｐａｃｅ ｔｈｉｃｋ－ｆ ｉｌｍ ＳＳＰＣ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，２０１７，４３（１）：２８—３１，３８．
０ 引 言 热 分 析 与 计 算 是 电 子 产 品 可 靠 性 设 计 中 一 个 非 常
重 要 的方 面 ，合 理 确 定 电 子 产 品 的 温 度 分 布 及 准 确 的 温 度 计 算 对 于 提 高 电 子 产 品 的 可 靠 性 至 关 重 要 。 据 统 计 ， 温 度 过 高 引 起 的 电 子 产 品 失 效 率 高 达 ５５％…。
Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 航 天 计 算 机 与 微 电 子 ２０１６年 学 术 年 会 论 文 精 选
基于 瞬态热仿真 的宇航厚膜 ＳＳＰＣ可靠性设计研究
张 宇 ，郭 坤
（１．北 京 卫 星 制 造 厂 ，北 京 １０００８０；２．北 京 市 空 间 电 源 变 换 与 控 制 工 程 研 究 中 心 ，北 京 １０００８０）
厚 膜 即 厚 膜 混 合 集 成 电 路 ，是 以 丝 网 印 制 工 艺 为 基 础 ，在 绝 缘 基 片 上 印 制 各 种 无 源 元 件 、互 联 线 和 焊 区 ，并 采 用 适 宜 的 组 装 技 术 ，装 上 半 导 体 有 源 器 件 和 有 特 殊 要 求 的 无 源 元 件 所 组 成 的 具 有 一 定 功 能 的 电路 【２】。宇 航 固 态 功 率 控 制 器 （Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ＳＳＰＣ）是 集 继 电 器 的 转 换 功 能 和 熔 断 器 的 电 路 保 护 功 能 于 一 体 的 功 率 开 关 器 件 ，是 航 天 器 配 电 系 统 中控 制 负 载 通 断 的 核 心
并 针 对 此 瞬 态 工 况 进 行 了瞬 态 热 仿 真 分 析 ，提 取 了 ＭＯＳ芯 片 在 瞬 态 工 况 下 达 到 的 最 高 温 度 及 相 关 的 热 态 特 性 ，据
此 优 化 产 品 的 设 计 ，提 高产 品 使 用 的 可 靠 性 。
关 键 词 ：厚 膜 ＳＳＰＣ；瞬 态 ；热 仿 真 ；可 靠 性
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔ ｏｆ ｓｔｕｄｙ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｓ ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｔｈａｔ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｅｄ ｉｎ Ｂｅｉｊｉｎｇ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ
ｐｌａｎｔ．Ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒ ｉｎｃｉｐｌｅ，ｔｈｅｒｍ ａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｒｅｅ ｅｘ— ｔｒｅｍｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｔｈａｔ ｉｓ ｌｏａｄ ｓｈｏｒｔ ｅｉｒｕｉｔ，ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｌｏａｄｉｎｇ ａｎｄ ｌｏａｄ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｆｔｅｒ ｏｐｅｎｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｔｈａｎｓｉｅｎｔ ｔｈｅｒｍ ａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉＳ ｅａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｆｏｒ ｔｈｉｓ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ＷＯｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｔｈｅｒ ｍ ａｌ ｓｔａｔｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ＭＯＳ—ｃｈｉｐ ａｒｅ ｅｘａｔｒａｃｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈ ｏｐｔｉｍｉｚｅｓ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｓｉｇｎ， ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｈｉｃｋ—ｆｉｌｍ ＳＳＰＣ；ｔｒａｎｓｉｅｎｔ；ｔｈｅｒｍ ａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ
摘 要 ：以 北 京 卫 星 制 造 厂 研 制 的 某 型 宇 航 固 态 功 率 控 制 器 （ＳＳＰＣ）为 研 究 对 象 ，简 述 了产 品 的 工 作 原 理 、热 设 计 、
热 阻 的 理 论 计 算 ；阐 述 了 产 品 使 用 时 “负载 短 路 时 开 通 ”、“容 性 负 载 开 通 ”、“开 通 后 负 载 短 路 ”３种 极 端 瞬 态 工 况 ，
负 载 的 开 通 与 关 断 的 控 制 。本 文 以 北 京 卫 星 制 造 厂 研 制 的 某 型 宇 航 厚 膜 ＳＳＰＣ 为 研 究 对 象 ，简 述 了产 品 的 工 作 原 理 、产 品 的 热 设 计 、产 品 热 阻 的 理 论 计 算 ；同 时 为 了 验 证 产 品 在 负 载 异 常 的 情 况 下 ，产 品 工 作 的 可 靠 性 与 稳 定 性 ，分 别 识 别 出 了 “负 载 短 路 时 开 通 ”、“容 性 负 载 开 通 ”、 “开 通 后 负 载 短 路 ”３种 极 端 瞬 态 工 况 ；为 研 究 这 样 的 极 端 瞬 态 工 况 ，以 瞬 态 的 热 仿 真 为 基 础 ，分 析 出 ＭＯＳ管 的 瞬 态 温 度 变 化 曲 线 和 温 度 变 化 趋 势 ，提 取 了 ＭＯＳ芯 片 在 瞬 态 工 况 下 达 到 的 最 高 温 度 及 相 关 的 热 态 特 性 ，据 此 优 化 产 品 的 设 计 ，提 高 产 品 使 用 的 可 靠 性 ，同 时 为 产 品 的 可 靠 性 设 计 提 供 重 要 的数 据 支 撑 。 １ 热 设 计 在 宇 航 厚 膜 ＳＳＰＣ 可 靠 性 设 计 中 的 应 用
Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｐａｃｅ ｔｈｉｃｋ－ｆｉｌｍ ＳＳＰＣ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ｚｈａｎｇ Ｙｕ ，Ｇｕｏ Ｋｕｎ （１．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒ ｉｎｇ Ｐｌａｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８０，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｓｐａｃｅ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ ｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｂｅｊｉｎｇ １０００８０，Ｃｈｉｎａ）