Si-SiC混合功率模块的低感及低热阻封装研究

功率集成模块相比于传统的离散系统,具有体积小、功率大、集成度高、寄生参数小以及频率特性好等优点,广泛用于工业传动、家用及车用空调、辅助逆变器等场合。论文以包含有整流、制动、逆变多单元结构组成的功率集成模块为例,分析Si-SiC混合模块相比于全硅模块的性能优势,提出在低损耗的基础上进一步减小封装寄生电感和封装结构热阻的优化方案,提升功率集成混合模块的封装性能。通过对母线连接端子的位置和功率芯片的衬板图形进行优化,可将混合模块逆变电路各相之间的封装寄生电感差异降低5.2%。进一步应用局部双层衬板结构以及高导热石墨烯复合材料等,当热流密度达到100 W/cm^(2)以上时,模块最高温度降幅可达10℃。论文对Si-SiC混合功率模块的低感及低热阻封装进行研究,为充分发挥SiC材料的优势提供了有益的参考。

3300V碳化硅肖特基二极管及混合功率模块研制

基于数值仿真结果,采用结势垒肖特基(JBS)结构和多重场限环终端结构实现了3 300 V/50 A 4H-Si C肖特基二极管(SBD),所用4H-Si C外延材料厚度为35μm、n型掺杂浓度为2×1015cm-3。二极管芯片面积为49 mm2,正向电压2.2 V下电流达到50 A,比导通电阻13.7 mΩ·cm2;反偏条件下器件的雪崩击穿电压为4 600 V。基于这种3 300 V/50 A 4H-Si C肖特基二极管,研制出3 300 V/600 A混合功率模块,该模块包含24只3 300 V/50 A Si IGBT与12只3 300 V/50 A 4H-Si C肖特基二极管,Si C肖特基二极管为模块的续流二极管。模块的动态测试结果为:反向恢复峰值电流为33.75 A,反向恢复电荷为0.807μC,反向恢复时间为41 ns。与传统的Si基IGBT模块相比,该混合功率模块显著降低了器件开关过程中的能量损耗。

高性能碳化硅混合功率模块研制

报道了一种基于自主封装技术的高性能、高效率碳化硅(SiC)混合功率模块,该功率模块的反向阻断电压为1 200 V,正向导通电流为480 A。动态测试表明,其峰值反向恢复电流Irr仅为-115 A,关断延迟时间td(off)为3.36μs,关断能量损耗Eoff为296.82 mJ,开通延迟时间td(on)仅为0.66μs,开通能量损耗Eon仅为242.27 mJ,输出功率可达到百千瓦级别。与传统的硅基IGBT模块相比,该碳化硅混合功率模块大大降低了模块的能量损耗。

SiC、Si、混合功率模块封装对比评估与失效分析

随着SiC器件在新能源发电、电动汽车等领域的快速发展,对定制化、高可靠SiC功率模块的需求日益迫切。然而,现有SiC功率模块大多沿用Si模块的封装技术,存在寄生电感大等问题,无法适应SiC器件的高速开关能力,难以充分发挥SiC器件的优越性能。该文梳理了功率模块的材料选型准则,以及封装工艺方法,给出了自主封装功率模块的测试流程。针对全Si、混合、全SiC功率模块,基于相同的封装技术和测试方法,对比研究了3种功率模块的动态性能和温敏特性,为不同应用需求下的器件选型提供参考。针对全SiC半桥功率模块,提出了开关损耗的数学模型,并利用实验结果验证了其有效性。此外,结合功率模块的大量故障案例建立了数学模型,分析封装失效的机理,为下一代SiC功率模块的封装集成研究提供了有益的经验和思路。

3.3kV/50 A SiC JBS二极管及混合功率模块研制

通过理论计算、仿真与实验验证的方式研制出3.3 kV/50 A 4H-碳化硅(SiC)结势垒肖特基(JBS)二极管芯片。芯片漂移区厚度33μm,掺杂浓度2×1015 cm-3,p+结区深度0.6μm,p+结区掺杂浓度5×1018 cm-3。芯片终端采用非均匀场限环结构。芯片静态测试表明,反向电压3.3 kV时漏电流低于100μA,正向电流50 A时压降小于2.4 V,与设计目标相符。基于该SiC JBS芯片完成了3.3 kV/400 A Si IGBT/SiC JBS混合功率模块研制,测试结果表明混合功率模块降低开关损耗明显,为实现变流装置高效化、小型化及轻量化打下了基础。

1700V/1600A高性能SiC混合IGBT功率模块的研制

设计并封装了一款1 700 V/1 600 A Si C混合IGBT功率模块,对模块进行了常规电学特性测试,并与全Si功率模块进行了比较。由于Si C肖特基二极管优异的反向恢复特性,使得模块的开关性能得到明显提升,有效降低了模块的能量损耗。通过优化模块结构及栅极串联电阻,进一步降低了模块的开关损耗,使Si C混合模块比全Si IGBT模块具有更加优越的性能。

混合微波功率模块设计

微波功率模块由于其结合了固态电子技术和真空电子技术的最新发展成果，具有体积小、功率高、效率高和噪声相对较低等优点。本文对微波功率模块进行了介绍，基于其理论，叙述了混合微波功率模块的设计。