IGBT现场失效短路结温测量方法研究

针对IGBT存在的响应速度慢、异质结构导致的热传导系数不均衡等问题,在对IGBT失效机理和现有结温测量模型研究的基础上,提出一种基于热积累的热电模型,以实时准确地测量IGBT结温.该方法在能量平衡的基础上,将IGBT温度的测量转换为测量IGBT某一点的温度,很好地避开了IGBT异质结构问题.Matlab仿真和实验结果表明,二者温度曲线有较好的拟合度,验证了该方法的可行性.

压接型IGBT器件短路失效管壳爆炸特性及防护方法

压接型绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为现有柔性直流输电设备的核心部件,在实际应用中,由于承受高电压、大电流的工作环境,容易发生短路过流失效,进而造成的结构爆炸现象。为研究这一爆炸现象的破坏效应及其防护,该文结合多组模拟模块化多电平工况实验,得到IGBT器件短路过流失效爆炸后外壳结构的变形特征。结合电气能量特性的分析和实际爆炸失效形貌特点,建立该IGBT器件结构的数值仿真模型,初步确定实际爆炸过程中的等效TNT爆炸当量。在此基础上,从提高结构自身抗爆能力、增加能量外泄通道、替换结构材料等角度开展IGBT器件的结构优化设计,并进行相关试验验证。结果表明,将管壳的陶瓷材料替换为纤维增强复合材料可有效提高结构的防爆性能,降低器件的破坏程度。

芯片短路失效分析注意点

对芯片内部短路失效,可以使用EMMI和OBIRCH测试进行定位,但又不能完全采用常规的失效分析方法,本文就芯片内部短路失效注意点进行详细剖析。

基于多层级模拟的压接型IGBT器件短路失效机理分析

压接型绝缘栅双极晶体管(press pack insulated gate bipolar transistor,PP-IGBT)器件具有功率密度高、短路失效等优势,已被广泛应用于柔性直流输电换流阀中。现有压接型IGBT器件短路失效研究主要基于宏观测试结果,难以揭示由微观材料失效诱发器件短路失效的机理,该文基于圧接型IGBT器件短路测试结果,提出压接型IGBT器件短路失效机理的多层级模拟方法。首先,搭建短路冲击实验平台,基于短路实验获取失效发生条件与失效芯片;其次,建立压接型IGBT宏观器件——介观元胞模型,研究圧接型IGBT器件短路失效时器件–元胞复合应力变化规律;最后,建立微观元胞铝–硅界面分子动力学模型,分析短路失效发生条件,揭示短路失效机理,并提出芯片失效部位相对概率分布。结果表明,短路工况下芯片靠近栅极的有源区边角是最容易发生失效的薄弱区域,铝、硅材料失效是导致压接型IGBT器件短路失效的直接原因。

低压Si MOSFETs对SiC/Si级联器件短路特性的影响

由低压硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Silicon Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, Si MOSFET)和碳化硅结型场效应晶体管(Silicon Carbon Junction Field-Effect Transistor, SiC JFET)构成的SiC/Si级联(Cascode)器件,兼具了低压Si MOSFET易于驱动、SiC JFET高耐压低损耗等优点。该文采用实验和数值模拟的方式研究了低压Si MOSFET对SiC/Si级联器件短路特性的影响,结果表明,在短路过程中SiC/Si级联器件中的SiC JFET最高温度比单独的SiC JFET短路时的最高温度低,SiC/Si级联器件的短路失效时间得到了延长,并且随着Si MOSFET额定电压的增加,SiC/Si级联器件短路失效延长的时间也在增加。

车用动力电池的挤压载荷变形响应及内部短路失效分析

机械载荷作用对车用动力电池的安全性具有重要影响,其中挤压变形是导致车用动力电池发生短路失效的重要因素之一.从方形磷酸铁锂电池的详细结构和内部短路失效机理出发,分别对电池整体和局部受压两种典型的挤压载荷进行试验,并结合其力-变形响应、电压和温度的变化关系分析电池的失效特征.建立方形磷酸铁锂电池内芯的新型本构方程和电池的有限元模型,对平面挤压和局部压痕载荷下电池的变形响应进行数值分析.结果表明,所建立的模型合理地表征了磷酸铁锂电池在挤压条件下的基本力学特性,并且能够预测局部受压形式下电池内部短路的发生时刻和失效位置.研究为方形磷酸铁锂电池在机械载荷条件下的变形响应特性和电池内部短路失效分析提供了参考,对提高电动汽车动力电池的机械安全性具有实际的工程意义.

场效应晶体管短路失效的数值模型

为了分析碳化硅和硅两种材料的场效应晶体管的短路失效机理,利用半导体器件模拟软件建立了能够反映碳化硅场效应晶体管和硅场效应晶体管短路失效的数值模型。模型引入了自热效应模拟高电应力下晶体管内部温度变化及热传递过程,引入了福勒-诺德海姆(Fowler-Nordheim)隧穿和蒲尔-弗朗克(Poole-Frenkel)发射模拟氧化层的泄漏电流;短路实验结果验证了所建立的数值模型的准确性。通过对比两种晶体管数值模型在相同的短路条件下栅极驱动电压的变化、晶体管内电流线和温度的分布,结果表明,碳化硅场效应晶体管的短路失效主要是晶体管内的温度传递到表面引起金属电极的熔化以及栅极氧化层的严重退化,而硅场效应晶体管的短路失效是由于寄生双极型晶体管的导通导致其体内泄漏电流不可控而引起的灾难性的破坏。

MOV工频短路失效试验研究

采用工频试验研究的方法对不同最大持续工作电压UC、不同压敏电压下的MOV施加工频电压。通过改变施加工频电压的幅值和预期短路电流,测量流过MOV的电流值和电压值,判断MOV是否短路失效。通过试验,可以获知不同UC、不同压敏电压下的MOV击穿时间及击穿短路电流大小。试验结果可以为在电涌保护器中合理配置MOV的设计提供参考。

片式钽电容短路失效故障分析及改进

该文针对片式钽电容在实际生产和使用过程中短路失效故障率过高的问题,从元器件自身故障原理、使用工艺、电路板设计等方面进行深入分析,最终确定钽电容短路失效是钽电容自身缺陷与外界应力综合作用的结果,外界应力主要有焊接温度应力和反向电压冲击。针对以上原因,从钽电容自身质量、工艺、设计等方面进行改进,通过加严筛选、改手工焊、优化回流曲线等具体措施,有效控制了片式钽电容短路失效故障,保证了其可靠性,提高了钽电容使用质量。

半刚电缆组件失效问题分析及工艺控制研究

半刚性同轴射频电缆(简称半刚电缆)具有电气性能优越,防干扰度高,辐射损耗小等特点,在航空航天、移动通信基站、电子射频设备等多个领域中具有重要作用,随着科学技术的发展,人们对半刚电缆可靠性的要求越来越高。本文通过文献调研与实例分析,总结了导致半刚电缆组件短路失效的原因,以及影响手工焊接的因素,如焊锡丝用量、焊接时间、焊接工具等进行了实验探究。同时,结合X光检验技术,确保了焊接的可靠性。最后,给出了焊锡丝用量的经验公式,为多型号半刚电缆的焊接提供了理论指导。

SiC MOSFET短路保护技术综述

随着电力电子技术的飞速发展,SiC MOSFET以优异的材料特性在高频、高压、高温电力电子应用中展现了显著的优势。然而,SiC MOSFET较高的开关速度与较弱的短路承受能力对短路保护技术带来了新的挑战。该文首先介绍SiC MOSFET不同短路类型以及短路测试方法;其次对SiC MOSFET短路失效模式及失效机理进行分析;然后详细梳理现有SiC MOSFET短路检测与短路关断技术的原理与优缺点,讨论现有SiC MOSFET短路保护技术在应用中存在的问题与挑战;最后对SiC MOSFET短路保护技术的发展趋势进行展望。

煤矿井下127V照明综保短路保护问题分析及其解决方案

针对用户提出的短路保护不动作问题,对综保短路电流的整定原则、不同截面电缆保护距离的参数要求进行了验证和计算分析。结果表明:随意延长和使用不同截面电缆进行串接是造成两相短路时电流减小、短路保护失效的主要原因。只有按技术要求安装、使用综保,严格规范127V供电保护系统管理,才能保证短路保护动作可靠,避免电气事故,保障煤矿安全生产。

FT中的OS失效及应对措施

科学技术的进步促使集成电路产业迅猛发展,"摩尔定律"还在继续着它的预言,集成电路变得日益"娇小",但单块硅芯片上所集成的晶体管数目却数量惊人,实现的功能更为强大,如何判断功能复杂的芯片是否实现预期的效果成为IC产业中非常重要的步骤。作为集成电路产业链中重要的一环:测试也是机遇和风险并存。FinalTest是集成电路投入市场前的重要环节,测试结果的真实性、可靠性将直接影响到供应商的销售利润及公司声誉。文章抛开那些复杂的测试项目,分析了FinalTest中常见的OS(Open/Short)失效案例及其应对措施。

LED驱动电源中压敏电阻的失效分析与改善对策

压敏电阻作为浪涌防护器件,在LED驱动电源方面得到了广泛应用,但器件本身的失效特性,尤其是失效后的起火状态需要设计人员在设计应用时特别关注。文章首先介绍了压敏电阻的工作原理及失效模式;然后通过LED驱动电源中压敏电阻的失效案例,详细阐述了LED驱动电源中压敏电阻失效模式的判断方法;针对LED驱动电源中压敏电阻暂态过电压失效模式及老化失效模式,在浪涌防护设计上提出相应的解决办法。

大功率压接式IGBT器件设计与关键技术

介绍了大功率压接式IGBT相比于传统焊接型器件所具有的技术优势,从器件设计层面分析了器件绝缘耐压失效机理,提出通过提升介质介电强度的方法进行绝缘性能优化的方案;分析了压力分布对器件性能的影响并提出多种解决方案;提出几种热学设计优化思路;针对失效短路问题,分析了其过程机理。最后阐述了银烧结、集成散热、Si C等压接式器件技术发展趋势。

固体钽电容短路失效分析与措施

为查明固体钽电容短路失效机理，进行了固体钽电容短路失效模式的分析，根据分析结论制定相应的保证措施。通过加强筛选，控制搪锡、成形和焊装过程，有效地避免了短路失效现象的发生。

具有热保护功能的限流启动电路设计

针对矿用本质安全型设备电路存在短路失效,限流启动电路芯片表面温度急剧增加,进而导致设备启动电路失效,器件表面温度过高带来安全风险等问题,介绍了一种基于热敏电阻的启动保护电路,给出了电路原理,分析了电路的工作特性,同时对非连续介质开展了热传导分析设计。经过温度保护电路的工作性能测试和非连续介质的热传导性能测试,验证了电路的有效性和可靠性。

为耐用和可靠而设计的4．5kV压接式封装IGBT

介绍了额定电压达4500V、额定电流达2000A的新型压接式封装IGBT(PPI)。在这种新器件的开发期间,特别强调系统制造商易于使用的可选用性。为了便于把压接式封装的IGBT紧固在长的骨架上,其机械设计是精心优化的。即使在骨架上的紧固会发生某些不均匀现象,这种压接式封装的IGBT由于其独特的设计,对每个芯片都用单独的压针压紧,因而它们都会发挥其完善的功能。进而,材料的选择也得到优化,以保证在野外也能达到极高的可靠性。在功率循环次数及在故障情况下运行之间的折中平衡点亦已被推向新的限界。这里的IGBT和二极管二者的芯片都是基于SPT(软穿通)技术。先进的IGBT平面元胞设计同二极管精密的寿命控制工程相结合,这样的芯片就具备了崭新的安全工作区。这就大大便利了系统设计,使原先使用的夹具或减振器成为过时。

一种典型功率运算放大器芯片粘接故障分析及改进

功率运算放大器是当前电子领域应用最广泛的器件之一,其制造过程可靠性及因制造引起的失效是导致产品故障的重要因素。探讨一种典型功率运放制造过程出现的失效现象,在分析产品结构基础上对故障样品进行外观检查和性能检验等,找出了引起产品短路失效的原因并给出了相应解决措施。