Análise Transiente Eletro-Termo-Mecânica Acoplada de MOSFET de SiC pelo Método dos Elementos Finitos Suavizados Baseados em Faces

Com o aumento da densidade de potência da eletrônica de potência de ampla banda, falhas mecânicas induzidas por efeitos elétricos e térmicos acoplados tornam-se cada vez mais pronunciadas. Para alcançar previsões precisas de temperatura e tensão para o projeto orientado para a confiabilidade de dispositivos eletrônicos de potência, este artigo apresenta um algoritmo inovador e eficiente para a metodologia de modelagem eletro-termo-mecânica transitória, que é desenvolvido ao estender o método dos elementos finitos suavizados baseados em faces (FS-FEM) para problemas de acoplamento de múltiplos campos. Ao adotar a teoria clássica de acoplamento de múltiplos campos e derivar a transformação entre valores nodais e valores de domínio de suavização, estabelecemos com sucesso a teoria de acoplamento dentro da estrutura do FS-FEM. Além disso, a validade da abordagem proposta é verificada por meio de simulações eletro-termo-mecânicas acopladas de um modelo de MOSFET de SiC. Os resultados demonstram que, ao usar malhas tetraédricas idênticas, o FS-FEM exibe maior precisão computacional, taxa de convergência mais rápida e maior eficiência computacional em comparação com o Método dos Elementos Finitos padrão (FEM). Este estudo fornece uma ferramenta poderosa para a análise eletro-termo-mecânica acoplada de eletrônicos de potência e microeletrônicos.