基于声发射的Cascode型GaN HEMT器件机械应力波检测与分析

近年来,以氮化镓(gallium nitride,Ga N)材料为代表的第三代功率半导体器件开始被广泛地应用于高压高温高频的工作场合。在这些环境下对器件进行及时、高效的无损检测可以防患于未然,减少或避免器件损伤带来的损失。文中基于声发射检测技术,对目前应用较多的共栅共源型GaN高电子迁移率晶体管的机械应力波进行检测与分析。分别对器件散热侧和封装侧进行多组重复性实验,利用声发射探头采集其工作时发出的声信号并进行滤波分析,最后总结出该器件开通、关断应力波参数的特征和变化规律。旨在探究器件机械应力波受漏源电压以及栅源电压的影响规律,为下一步进行功率循环实验,建立器件健康状态与其机械应力波之间联系奠基。

不同充放电倍率下的锂电池声发射信号分析

锂离子电池充放电倍率是影响电池老化的主要外部应力之一,充放电倍率过大可能使电池内部电流分布不均,导致锂沉积或电极活性材料结构疲劳变形。基于声发射方法研究了不同充放电倍率下的电池状态。通过设计锂离子电池声发射信号试验平台,采集了不同充放电倍率下的电池声发射信号。对声发射信号进行参数与波形分析,发现声发射信号主要存在两个突发型的波形,且充电与放电的声发射信号波形的初次穿越阈值的采样点符号相反。锂离子电池声发射信号的幅度和波形时间间隔都与电池的充放电倍率相关,电池充放电倍率越大,声发射信号幅度越高,波形时间间隔越小。

逆变电路中功率器件声发射信号分析

逆变电路中最重要的部分是功率器件,功率器件在开通和关断时会有电磁声发射的现象产生,经过声发射仪器的采集和后期数据处理,可得出机械应力波的特征信息,有望实现通过电磁声发射无损检测技术对逆变电路进行状态监测。主要针对方波逆变电路和正弦波电路中功率器件工作时产生的机械应力波的特征参量进行研究,发现方波逆变电路中功率器件的时域峰值、能量和频域峰值都随着负载阻值的增大而减小,开通时刻上升时间和峰值频率几乎不变,关断时刻上升时间随负载阻值的增大而增大;正弦波逆变实验中应力波的时域峰值、能量、频域峰值和峰值频率几乎不变,基于以上研究结论,提供了一种逆变电路功率器件状态监测的新思路。