基于SiC MOSFET的多芯片并联功率模块不均流研究

针对多芯片功率模块MCPMs(multi-chip power modules)从功率模块布局设计角度对碳化硅SiC(sili-con carbide)MOSFET的并联不均流进行了研究。理论分析了造成SiC MOSFET并联不均流的原因,在忽略器件自身差异的情况下,重点分析了非对称布局对功率管并联不均流的影响。在此基础之上,以集成化大功率固态功率控制器SSPC(solid-state power controller)为背景,提出了3种适用于大功率SSPC集成功率模块的非对称布局,分别对3种布局的不均流电流进行了理论分析,并利用Ansoft Q3D提取寄生参数在Saber中对模块的动态开关过程进行仿真。仿真结果表明,通过合理的布局可以减小非对称布局引起的寄生电感不对称对SiCMOSFET并联不均流造成的影响。

提高功率多芯片模块终测成品率的方法探讨

根据功率多芯片组装模块成品率低的现状,分析比较了芯片级成本和模块总成本随模块中芯片数量和模块成品率而变化的关系,提出了临界成品率的概念。建立了典型的成本模型,得出了临界成品率随芯片数量的变化趋势,并给出了单芯片、双芯片到4芯片的成本曲线和临界成品率,分别为89%,94%和98%。对于由某一封装原材料引起的模块低成品率,也存在临界成品率,建立了典型公式,阐明了如何计算这一临界成品率。针对功率多芯片模块的成品率问题主要集中在功率芯片的UIS和Rdson参数上,给出加强这两个参数的测试能力和准确性的方法建议。

开尔文连接对功率模块并联均流影响的对比评估

多芯片并联功率模块是新能源发电等大功率电能变换领域的核心部件。由于功率模块的封装布局不均,造成并联芯片的动静态电流分配不均衡,进而降低功率模块的容量、威胁变流器的可靠运行。改进多芯片并联功率模块的封装,是解决并联电流分配失衡的有效方式,也是实现电力变流器大功率运行的必要条件。该文针对一款常用的商业化IGBT功率模块,对比研究开尔文连接对多芯片并联均流的影响。考虑封装寄生参数,建立功率模块的等效电路模型和有限元分析模型,从路和场的角度,揭示开尔文连接对芯片间暂态电流不平衡的影响。基于定制化的功率模块和双脉冲测试平台,通过仿真和实验结果,对比研究功率模块有/无开尔文连接时,并联芯片间的电流不均衡效应。结果表明:开尔文连接能够实现功率回路和门极回路的解耦,提高器件的开关速度;但是,开尔文源极的引入改变了功率模块布局,对多芯片并联均流提出了挑战。后续还需要研究直接覆铜板的优化布局方法,消除并联芯片间的回路不对称。