摘要：有众多基于加速试验与数学模型研究焊层可靠性的方法被报道,但是这些方法对模块各焊层间的差异及失效机理认知不足.基于某款绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块为研究对象,通过设计被动热循环(TC)加速试验,结合精细超声扫描(scanning acoustic microscope,SAM)的方法高效评价了不同焊层的TC耐热疲劳可靠性.结果表明,该封装体系下母排焊层的可靠性最差,衬板的可靠性最高.在热应力及化学势作用下,镀层中磷的相对含量及界面金属间化合物的厚度逐渐增加引起界面结构不匹配性增强,导致界面裂纹的萌生和生长,其中镀层结构的变化起主导作用.创新点:基于SnPbAg焊层与衬板及基板界面结构的动力学过程分析,明确了系统焊层退化及空洞产生的机理.

摘要：集成门极换流晶闸管(IGCT)具有电压等级高、电流关断能力大和通态损耗低等优势,在电网领域的应用越来越广泛。为了进一步提升器件的关断能力,IGCT器件尺寸扩展至6英寸,在此介绍了6英寸8 kA/6.5 kV非对称IGCT器件的研制,通过优化阴极梳条排布和管壳设计,将IGCT元件寄生电感降到2 nH以下,降低了40%。通过优化N基区的选型,器件具备了稳健的4 kV直流阻断能力和8 kA的关断能力,并在高温8 kA下通态电压低于2.8 V,最后在直流断路器拓扑中进行了应用,这为研究更大功率等级的IGCT器件奠定了基础。

摘要：此处基于高频晶闸管的工作特点,从工艺及结构设计、硅片及扩散参数设计和光刻版图设计3个方面进行设计思考,确定了:高频晶闸管所采用的扩散工艺和与工艺相对应的杂质浓度分布;高频晶闸管所选用的硅片参数和扩散参数;通过对高频晶闸管开通特性的分析、仿真,设计了高频晶闸管阴极光刻版图。所研制出的3英寸高频晶闸管的工作频率达到了10 kHz。

摘要：提高绝缘栅双极晶体管(IGBT)单芯片电流容量,对减小封装器件芯片并联数、简化封装结构、改善芯片均流至关重要。该文基于高压、大电流、高可靠性IGBT应用需求,通过高压IGBT芯片坚强元胞设计及其协同控制技术实现了元胞之间的开关同步,通过光刻拼版技术解决大尺寸芯片的工艺制造,通过单芯片压接封装验证了大尺寸芯片设计及其性能,探索出一条大尺寸IGBT芯片设计、制造与验证的技术路径。研究开发了全球第一片42mm×42mm大尺寸高压IGBT芯片,攻克了高压IGBT芯片内部大规模元胞集成及其均流控制的技术难题,首次实现了4500V/600A单芯片功率容量,具备优良的动静态特性和更宽的安全工作区,并可以显著提高IGBT封装功率密度与可靠性。

摘要：双面散热(DSC)功率模块可以降低封装热阻和寄生参数,是车用电机控制器的发展趋势。然而,双面散热功率模块内的热-力交互作用机制尚不明晰,且缺少热-力协同的设计方法。为了克服热阻与应力之间的相互制约,该文提出一种多目标协同的双面散热功率模块设计方法。建立了双面散热功率模块热学和力学性能的数学模型,表征材料属性和封装尺寸对功率模块性能的影响,并利用有限元分析(FEA)方法进行验证。此外,提出双面散热功率模块的多目标优化设计模型,协同提升功率模块的热-力性能,并给出基于非占优遗传算法的求解方法。最后,基于所提出的多目标协同设计方法,对比研究了封装材料属性对优化设计结果的影响。

摘要：大功率半导体器件是直流输电、牵引传动与工业变流等系统的核心部件,如何有效地评估器件工作状态并准确预测其剩余使用寿命,是提升系统工作可靠性的关键难题。该文通过对比不同的加速老化试验方法和寿命预测模型,采用现场工况与仿真相结合的方法,设计了一套热循环负载加速老化试验方案。根据试验结果,该文选取科菲-曼森模型对数据进行分析处理,得到优化的寿命预测定量模型。最后,结合应用现场实际疲劳失效数据,对寿命预测模型进行了校验和改进,使该模型更贴近高功率系统的应用工况,提高了寿命预测模型的准确性和可靠性。

摘要：基于双扩散金属氧化物半导体(diffused metal-oxide semiconductor,DMOS)元胞设计技术,针对智能电网的需求,引入"电子注入增强"以及台面栅技术,优化了3 300 V绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)芯片的整体性能。基于该芯片制造出的1 500 A/3 300 V高功率密度IGBT模块,相对于优化前其额定电流从1 200 A上升到了1 500 A(上升了25%),同时导通压降从2.8 V下降到了2.4 V(下降了14%),最高工作结温从125℃提升到150℃。反偏安全工作区(reverse biased safe operation area,RBSOA)与短路安全工作区(short-circuit safe operation area,SCSOA)测试显示,该模块能在集电极电压为2 000 V的情况下关断3 000 A的电流,并且在栅电压为15 V、集电极电压为2 000 V的短路条件下的安全工作时间超过10?s。测试结果显示,该模块导通压降及开关损耗性能与同类型国际主流产品相当。

摘要：采用平面栅MOSFET器件结构,结合优化终端场限环设计、栅极bus-bar设计、JFET注入设计以及栅氧工艺技术,基于自主碳化硅工艺加工平台,研制了1200V大容量SiC MOSFET器件.测试结果表明,器件栅极击穿电压大于55V,并且实现了较低的栅氧界面态密度.室温下,器件阈值电压为2.7V,单芯片电流输出能力达到50A,器件最大击穿电压达到1600V.在175℃下,器件阈值电压漂移量小于0.8V;栅极偏置20V下,泄漏电流小于45nA.研制器件显示出优良的电学特性,具备高温大电流SiC芯片领域的应用潜力.

摘要：对IGBT模块的热特性和热设计进行概述,介绍IGBT模块的热阻抗网络模型及其与封装材料热性能及尺寸的关系;从芯片和模块封装材料、结构等方面讨论模块的热设计要点,并阐述传统IGBT模块及新型压接式IGBT模块的热设计。

摘要：针对汽车IGBT模块的主要失效原理和引线键合寿命短板,结合仿真分析进行了功率循环试验设计,结温差ΔT_(j)和流经键合线的电流I_(C)是影响键合点寿命的主要加速因子,中间温度(T_(jm))是影响键合点寿命的重要因子。传统功率循环寿命试验需采用大量的试验样本,文章采用单根键合引线作为试验独立样本,极大程度地减少了试验所需的样本数,同时通过压降参数V_(CE(sat))的微小变化相对准确地获取到IGBT模块内部键合线的脱落趋势,结合寿命模型和威布尔统计方法,对键合点寿命进行统计分析,最终获得功率循环寿命曲线。利用新的功率循环寿命统计方法可将试验成本和试验周期减少80%。