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基于人工神经网络的封装SiC MOSFET短路耐受时间筛选方法
Artificial Neural Network-Based Screening Method for Short-Circuit Withstand Time in Packaged SiC MOSFETs to Enhance Device Consistency
| 作者 | Hengyu Yu · Monikuntala Bhattacharya · Michael Jin · Limeng Shi · Shiva Houshmand · Atsushi Shimbori |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2025年4月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | SiC器件 深度学习 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 碳化硅MOSFET 短路耐受时间 人工神经网络 筛选方法 制造后一致性 |
语言:
中文摘要
开发一种有效的方法以提高碳化硅(SiC)金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管(MOSFET)的短路耐受时间(SCWT)均匀性,对于确保电力电子系统中器件的可靠性和一致性至关重要。本文详细分析了由不可避免的工艺偏差导致的短路耐受时间变化,并介绍了一种基于人工神经网络(ANN)技术的新型筛选方法。利用从碳化硅MOSFET中提取的特征参数构建了一个两层隐藏层的人工神经网络模型。训练后的模型能够准确预测通过技术计算机辅助设计(TCAD)模拟的碳化硅MOSFET的短路耐受时间,最大误差小于15%,平均误差仅为2%。该方法能有效识别并剔除短路耐受时间较短的器件,同时不影响可靠器件的性能,从而提高封装器件制造后的一致性。
English Abstract
Developing an effective methodology to enhance the uniformity of short-circuit withstand time (SCWT) in silicon carbide (SiC) MOSFETs is crucial for ensuring device reliability and consistency in power electronic systems. This letter presents a detailed analysis of SCWT variations caused by inevitable process-induced deviations and introduces a new screening approach based on artificial neural network (ANN) technology. A two-hidden-layer ANN model is constructed using characteristic parameters extracted from SiC MOSFETs. The trained model accurately predicts the SCWT of TCAD-simulated SiC MOSFETs, achieving a maximum error of less than 15% and an average error of only 2%. This proposed method effectively identifies and removes devices with shorter SCWT without compromising the performance of reliable devices, thereby enhancing post-fabrication consistency for packaged devices.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于人工神经网络的SiC MOSFET短路耐受时间筛选技术具有重要的工程应用价值。作为全球领先的光伏逆变器和储能系统供应商,我们的产品正加速向SiC功率器件转型,以实现更高的功率密度和系统效率。然而,SiC MOSFET的短路耐受时间(SCWT)一致性问题一直是制约大规模应用的关键瓶颈。
该技术的核心价值在于通过ANN模型实现器件出厂前的精准筛选,最大误差小于15%、平均误差仅2%的预测精度已达到工业应用标准。对于阳光电源而言,这意味着可以在不损害正常器件性能的前提下,有效剔除SCWT异常的器件,从根本上提升逆变器和储能变流器的可靠性。特别是在大功率组串式逆变器和MW级储能系统中,单个功率器件的失效可能导致整机停机,这种筛选方法能显著降低现场故障率,减少运维成本。
从技术成熟度评估,该方法基于TCAD仿真验证,尚需在实际生产线上进行大规模验证。主要挑战包括:如何与现有测试流程集成、特征参数提取的自动化程度、以及不同批次器件的模型泛化能力。但这也为阳光电源带来机遇——若能与SiC供应商深度合作,将该技术嵌入供应链质量管控体系,将建立显著的差异化竞争优势。
建议我们的功率器件团队跟进该技术,评估在来料检验环节的应用可行性,同时可考虑与高校或研究机构合作,开发适配阳光电源应用工况的定制化筛选模型。