15kV超高压SiC功率模块封装研究

高压碳化硅(SiC)功率模块主要应用于功率逆变器和断路器等方面,可有效减小系统体积、提升系统功率效率。15kVSiCMOSFET及20kV以上IGBT器件在多个实验室研发成功,但针对高压大电流的SiCMOSFET模块封装仍然停留在6.5kV等级,随着电压等级的升高,模块内部电气绝缘和局部放电引起的问题也越发突出。针对高压封装内部局部放电现象进行研究,通过实验对比探究了陶瓷的电气距离、灌封材料、DBC涂敷材料对局部放电的影响,并在实验基础上研制出一款15kV高压SiC功率模块,绝缘耐压达到18.5kV以上。

新能源汽车用1200V/600 A SiC功率模块

南京电子器件研究所自主研发了基于自对准沟道的低导通电阻SiC MOSFET技术,采用6英寸SiC MOSEET工艺平台,研制出1 200V,25mΩ SiC MOSFET大容量芯片,图1(a)为晶圆图片。攻克子多芯片并联均流设计、低寄生参数封装等关键技术,研制出一款新能源汽车用1 200V/600 A SiC功率模块,如图1(b)所示。该款模块由48颗SiC MOSFET芯片封装组成,采用Pin-fin直接水冷结构,三相全桥拓扑结构。

叠层双面冷却功率模块封装性能研究

随着电力电子系统的功率密度、工作频率不断提升,传统封装功率模块的散热性能、电磁性能已无法满足系统的要求。为了使功率模块满足小型化、轻量化、高频化的使用要求,本文设计了一款基于功率芯片叠层的双面冷却功率模块。利用验证过的仿真方法,分别对650V/600A传统封装功率模块和叠层双面冷却功率模块进行了热阻仿真和杂散电感提取。结果表明:与同等规格的传统封装相比,叠层双面冷却功率模块体积减小了93.6%;热阻约为0.039℃/W,与传统封装相比减小了约50.6%;同规格传统封装的杂散电感约20.6nH,而叠层双面冷却功率模块的杂散电感仅为7.8nH,降低了约62%。

SiC功率模块开关特性测试研究

碳化硅(SiC)功率模块在开关时电压、电流变化率高,测试系统的寄生电感容易引起电压、电流振荡,使得开关特性的准确测试成为难题。这里通过研制低寄生电感的开关特性测试平台,结合不同封装的SiC功率模块,研究了栅极电阻、不同测试系统对开关性能的影响,测试系统寄生电感越大,需选用的栅极电阻越大,否则电压、电流的振荡影响开关特性测试;测试系统寄生电感越小,可选用的栅极电阻越小,其开关损耗越小。

超声扫描在IGBT模块焊层缺陷检测中的应用

超声扫描是一种常用的检测IGBT模块焊层缺陷的无损检测方法。介绍了IGBT模块结构及超声扫描检测原理,指出了现有的检测方法存在的局限性。用有限元模拟及实际结温测试的方法研究了超声扫描无法检测和分辨的焊层缺陷对模块散热性能的影响。研究表明:由于DBC-底板焊层缺陷的遮挡,芯片-DBC焊层中无法被检测到的缺陷会造成模块最大结温偏差30℃以上;同一焊层检测时,芯片-DBC焊层中无法被准确分辨和定位的缺陷,会造成模块最大结温偏差5℃以上。在实际生产或应用中,可采用热阻测试、三维X-RAY检测、超声A-扫描或超声B-扫描等检测手段,作为超声C-扫描的辅助检测手段。

三相桥功率模块振动失效分析

可靠性验证中随机振动试验是造成功率模块失效的主要原因之一,通过对试验阶段三相桥功率模块的失效分析,表明随机振动造成的失效模式是互连键合线根部断裂。基于对键合线断裂失效机理研究,结合ANSYS有限元软件振动仿真,提出了可靠性改进提升方案,使键合线的等效应力从55.06 MPa降低至17.03 MPa,增加了键合线的工作寿命;通过对改进的三相桥功率模块进行X/Y/Z三方向各18小时的高加速随机振动试验,试验结果键合线完好,提升了三相桥功率模块的可靠性。

无压惰性气氛银烧结层空洞率影响因素研究

在Si C功率模块的封装中,银烧结技术被认为是连接芯片到基板最为合适的技术。裸铜表面无压银烧结技术无需在芯片表面施加压力,降低芯片损伤风险;基板铜层无需贵金属镀层,提高了烧结层的可靠性,降低了材料成本。对裸铜表面无压银烧结技术展开研究,对于6.3 mm×6.3 mm及以下面积的芯片得到了空洞情况良好的烧结层。对影响烧结层空洞率的因素进行了研究,分析了芯片面积、烧结温度曲线、抽真空步骤和贴片质量对烧结层空洞率的影响。

IGBT模块超声检测缺陷判据研究

焊层缺陷是影响功率模块寿命和可靠性的主要因素之一,主要采用有限元仿真的研究方法,模拟了焊层缺陷位置、大小等因素对IGBT模块热性能的影响,得到不同的缺陷情况与模块热性能的对应关系并进行拟合,计算出焊层空洞大小临界值,提出了一种IGBT模块超声检测缺陷判据标准。芯片-基板焊层单个空洞率需≤2%,基板-底板焊层单个空洞率需≤2%,芯片-基板焊层整体空洞率与基板-底板焊层整体空洞率之和需≤10%。

低损耗大功率三电平SiC混合功率模块研究

随着新能源技术的不断发展,人们对电力电子系统效率的期望不断提升,功率模块作为电力电子系统的核心部件,对系统效率的提升起着至关重要的作用。此处设计了一款低电感、低损耗大功率三电平碳化硅(SiC)混合功率模块,通过仿真分析,与同规格传统的功率模块相比,三电平SiC混合功率模块寄生电感降低超过30%,并联支路之间电感差异显著减少。通过双脉冲测试平台进行测试,结果表明:三电平SiC混合功率模块寄生电感仅有18.8 nH,相比传统三电平模块27.4 nH降低了约31.4%,动态损耗为63 mJ,相比传统三电平模块78mJ降低了约19.2%。

SiC混合功率模块封装工艺

SiC(碳化硅)材料作为第三代半导体材料,具有高结温、高临界击穿电压、高热导率等特点,因此,Si C材料有利于实现功率模块的小型化并提高功率模块的高温性能。基于此,同时为了实现模块的自主可控化,将Si模块中的Si二极管用自主Si C二极管进行替代,制作Si C混合功率模块。主要介绍混合功率模块封装工艺的关键工序:回流、铝线键合、点胶、灌胶。

功率模块铜线键合技术及其可靠性研究

由于铝线键合逐渐不能满足如今功率模块功率密度、工作温度不断提升的可靠性要求,因此采用铜线代替铝线,以实现更高的可靠性工作寿命。对比分析了铜线、铝线键合工艺的特点、结合强度和可靠性,证明了铜线键合工艺的可行性和高可靠性。同时分析了铜线键合工艺目前存在的问题和应对措施。

1200 V/480 A全SiC功率模块

面向工业电源、太阳能发电及不间断电源等领域的逆变器和转换器应用,扬州国扬电子有限公司采用自主知识产权的低电感封装结构,通过高对称性多电流通道设计方法,实现了多并联芯片的寄生参数一致性,突破了超声波金属焊接工艺技术、铜引线键合技术、大尺寸焊层厚度控制技术、端子应力缓冲结构设计等关键技术,研制出2款低电感高可靠的1 200V/480 A的全SiC功率模块＂WCC480B120E53、WCC4808120F46＂，如图1所示。

如何加强国扬公司一线工人队伍建设

企业的兴衰关键在人,企业的一切生产经营活动都要靠人去完成,企业要想在激烈的市场竞争中取得优势,需要各类专业化人才队伍的支撑。而一线工人作为生产制造型企业人才队伍的重要组成部分,更是企业发展的重要助推器。如何做好一线生产员工的队伍建设工作,充分调动他们的主动性和积极性,是每个企业必须高度重视并认真应对的一项十分重要的工作。