电子分析
Electronics analysis

新型电子电力器件是世界公认的电力电子第三次技术革命的代表性产品，具有高频率、高电压、大电流，特别是易于开通和关断的优良性能特点，目前已经在各种变流器应用中占有统治地位，是未来功率器件的主流发展方向。

近年来随着智能电网、电动汽车、高速铁路、家电产品、工业控制和风力、光伏发电等领域的快速发展，IGBT 器件市场需求不断扩大。国内庞大的市场基础、潜在的电力电子装备关键器件完全依靠进口的风险和国家产业升级共同推动了本土 IGBT 芯片设计、模块封装的技术进步和创新。

由于 IGBT 模块的电气性能、热性能、机械特性、寿命和可靠性基本上取决于芯片性能、材料性能、封装设计和生产工艺，要设计高性能的 IGBT 模块，除了引进或开发高性能的芯片、采用更好的材料，引进或改进生产工艺外，还需要对 IGBT 封装进行全面设计，包括：布局设计、结构设计、散热设计和材料选型等，解决 IGBT 模块电、磁、热、机械等多物理域中设计问题。

一、ANSYS IGBT 多物理场仿真设计集成化解决方案

针对国内外 IGBT 封装设计的技术需求，ANSYS 提出了全面的设计解决方案，以 Workbench 为电磁、热、结构、流体多物理域耦合设计平台，以 Simplorer为器件特征化建模、开关特性测试、变流电路设计及传导干扰分析平台，通过单/双向的多物理域耦合技术和鲁棒性设计，器件与系统的降价模型和协同仿真接口，高效解决 IGBT 封装设计所面临的、多物理域耦合设计和高精度器件与电路、系统设计问题。ANSYS IGBT多物理场仿真设计集成化解决方案将带来以下显著优势：

1. 易用性：

ANSYS Workbench提供了一个十分友好的界面，并且所有必要的工具都集成在一个位置，方便操作。ANSYS Workbench平台将所有的模块集成于此，方便的调用不同分析模块，并且只需用连线即可实现不同模块间的数据传递。ANSYS Workbench的界面美观，有Wizard导航系统，清晰的工作流程，同时针对不同的算法设置了大量默认的优化后的求解设置，针对多数问题只需用户采用默认设置即可进行分析，大大降低了用户学习难度。

2. 与CAD工具的集成性能：

ANSYS Workbench与CAD系统之间的数据传递是双向传递，在CAD工具中进行参数的定义，通过这个功能能够让客户在仿真环境中操纵设计参数，例如进行参数优化设计等。除此之外，还可以使用CAD工具的中性文件，如IGES等进行仿真，为所有的操作人员提供了最广泛的选择。

3. 网格工具的质量和广泛性：

ANSYS提供了优秀的网格划分技术，对于多数工程结构能够采用默认设置划分出质量较好的网格，同时也允许用户根据需求采用其他的网格划分方法（如映射、指定单元尺寸、虚拓扑等）保证网格质量。同时对于薄壳单元ANSYS也能生成质量较高的网格。

4. 材料库的丰富性

ANSYS提供了一系列丰富的材料模型库，帮助用户准确的模拟各种材料性能，例如弹性，粘弹性，塑性，粘塑性，铸铁塑性，蠕变，超弹性，垫圈和各向异性材料等。这些本构模型可以用来模拟各种材料，如金属，橡胶，塑料，玻璃，泡沫，混凝土，生物组织和特殊合金。此外，为了帮助这些材料找到参数模型，ANSYS提供了一系列的曲线拟合工具。ANSYS模型复合材料先进的能力，它允许用户指定每个层的性能。复合层的有效属性是由求解器自动处理/管理，提供简单的方法来处理任何复合材料。

5. 非线性分析的能力和求解的精度

ANSYS能够自动检测并建立接触对。接触的选项可以进行人工修改，并且可以人工添加接触。柔性或刚体动力学分析中的关节也会自动进行检测。在WB的环境中，每个接触对或关节都可以用图形工具很方便的识别。在存在接触的模型里，用户可以非常方便的制定接触的类型。这些选项和功能保证了用户可以对真实情况进行准确的模拟，由此获得结果更符合实际情况。

6. 收敛速度和先进的计算能力

ANSYS提供了大量的求解器。该库包含稀疏直接求解器，预条件共轭梯度（PCG）迭代求解，雅可比共轭梯度法（JCG）等。除此之外，这些求解器同时都都可以针对大规模的问题采用并行计算。ANSYS使用HPC进行并行求解，求解速度几乎是线性增加。这样，在使用显式动力学分析进行高度非线性问题的求解时，可以节省大量时间。ANSYS采用GPU可以达到3到4倍的加速。

7. 参数化或优化设计的能力

ANSYS能够针对模型的各种输入参数（几何特征、材料特性）及输出参数（应力、变形等）进行参数化控制，并且在ANSYS中只需要进行工程的更新即可以进行多个方案的对比分析，减少了工作的重复性，并且分析的结果可以以图片、图表等丰富的形式展现，同时可以采用ANSYS的DesignXplorer模块进行优化分析，优化分析中采用了多种优化方法和统计方法，并支持用户自定义的优化算法。

8. 后处理工具的广泛性

ANSYS的后处理工具提供了完整的结果查看方法，包括用户自定义结果的查看，以及对重要部位进行数值注释等，后处理中提取的参数还可以用于进行优化分析。除了使用WB界面上的工具，用户还可以插入APDL进行结果的定制化输出。

9. 从入门级别到高等级别的升级能力

ANSYS提供了一系列的解决方案以满足每个用户的需求，最大限度地提高用户的投资回报率。例如ANSYS结构分析覆盖了从简单的线性静力学分析到复杂的非线性静力分析，动力分析等，以及多场耦合分析等。所有的分析都以Workbench平台为基础，便于用户之间的数据传递。对于理论水平不高的工程师，可以进行简单的分析，对于需要做复杂分析的专家，同样可以在ANSYS中实现，并且都基于一个平台，给了用户合理的选择。

ANSYS 无缝集成的 IGBT 封装设计解决方案