Zhaobo Zhang · Xibo Yuan · Wenzhi Zhou · Mudan Chen 等6人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2024年12月

功率模块封装仍然是阻碍碳化硅（SiC）器件在变流器中实现高功率密度和最佳可靠性的制约因素之一。本文提出了一种无热界面材料（TIM）的风冷功率模块架构，即芯片直接贴装在散热器上（chip - on - heatsink），以提高热性能和结构可靠性。芯片直接贴装在散热器上的封装方式无需热界面材料，即可将导电铜走线与氮化铝（AlN）陶瓷散热器结合在一起。这种无热界面材料的封装设计简化了制造工艺，因为芯片与散热器之间的层叠结构较少，从而省去了一些步骤，如在基板上粘贴底部铜层和组装散热器。本文制作了两种1...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项无导热界面材料（Non-TIM）的芯片直接散热封装技术对我们的核心产品线具有重要战略意义。在光伏逆变器和储能变流器领域，SiC功率器件的可靠性和散热性能直接决定了系统的功率密度和长期稳定性，而这正是我们追求高效率、小型化产品的关键瓶颈。 该技术的核心价值体现在三个维度...

Yi Jiang · Cancan Li · Liming Che · Yizhuo Dong 等6人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2024年11月

与传统的硅绝缘栅双极型晶体管（IGBT）相比，碳化硅（SiC）金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）的芯片面积通常较小。大面积（10×10 毫米）碳化硅 MOSFET 的性能有待研究。本文对大面积碳化硅 MOSFET 与常规尺寸（5×5 毫米）碳化硅 MOSFET 并联时的电热特性进行了分析。结果表明，与常规尺寸芯片相比，大面积芯片优化了封装参数，减轻了电流不平衡问题，并且在双面冷却（DSC）模块中具有更好的热性能。制作了采用大面积芯片的 SOT - 227 模块，并对该模块的...

解读: 从阳光电源的业务角度分析，这项关于大面积SiC MOSFET双面冷却功率模块的研究具有重要的战略价值。SiC功率器件是我们光伏逆变器和储能变流器的核心部件，直接影响系统的功率密度、效率和可靠性。 该研究提出的10×10mm大面积SiC MOSFET相比传统5×5mm芯片并联方案，在多个维度展现出显...

Isabella Amyx · Caleb Anderson · Nicole Cassada · Charles Lewinsohn 等6人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2024年10月

使用微通道散热器（MCHS）的单相冷却已成为应对高功率微电子器件热挑战的一种常用方法。热管理是提高电子设备功率密度的最大障碍之一，并且经常限制设备的整体性能。在微通道散热器中通过单相液体冷却实现强制对流冷却，可降低热阻，从而在高功率条件下降低设备温度，这可以减小封装尺寸并延长设备的使用寿命。本文所述工作的目标是研究激光二极管阵列的实用冷却解决方案。本研究通过数值和实验研究，考察了铜钨（CuW）微通道散热器与介电冷却液（FC3283）搭配使用时，在 0.25 平方厘米的表面积上消散高达 600 瓦...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于铜钨微通道热沉和FC3283介质冷却液的热管理技术具有显著的应用价值。随着光伏逆变器和储能变流器向更高功率密度方向发展，功率半导体器件（如IGBT、SiC MOSFET）的散热问题已成为制约系统性能提升的关键瓶颈。该研究实现了600 W/cm²热流密度下0.15-0...

Yun-Hui Mei · Yongqi Pei · Lu Wang · Puqi Ning 等5人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年9月

电动和混合动力电动汽车（EVs/HEVs）依赖功率模块实现高效的能量转换。市场对更紧凑的功率模块的需求日益增长，以实现更高的功率密度。近年来，功率芯片取得了显著进展，其特点是尺寸小巧、电流大、集成度高，并且越来越多地采用碳化硅（SiC）器件等宽禁带（WBG）半导体，这为开发更紧凑、功率更强的模块带来了令人振奋的可能性。然而，评估现有封装技术是否能跟上芯片技术的快速发展至关重要。本研究介绍了用于电动汽车/混合动力汽车应用的先进功率模块及其封装技术。我们回顾了功率芯片的发展趋势，分析了这些趋势给封装...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，该论文所述的功率器件封装技术与我司核心产品线具有高度战略相关性。虽然论文聚焦于电动汽车领域，但其探讨的高功率密度封装技术直接适用于光伏逆变器和储能变流器的功率模块设计。 当前我司面临的核心技术挑战与论文所述完全契合：在逆变器和储能系统中，如何在有限空间内实现更高功率输出，...

Euichul Chung · Muhannad S. Bakir · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年9月

本文分析了具有台阶高度差异的异构集成高带宽内存（HBM） - 图形处理单元（GPU）模块的系统级热管理问题。不同功能和芯片尺寸的高功率小芯片的异构集成推动了与多芯片配置兼容的先进冷却解决方案的发展。通过利用计算流体动力学（CFD） - 传热（HT）分析，我们提出了补偿多芯片厚度不匹配的顶面单相微流体冷却解决方案，包括带有结构硅的扁平微通道针翅式散热器（F - MPFHS）和后向台阶微通道针翅式散热器（BFS - MPFHS）。以带有结构硅的传统强制风冷散热器为基准对热性能进行评估。HBM - G...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项针对HBM-GPU异构封装的微流道冷却技术具有重要的借鉴价值和应用潜力。随着我们光伏逆变器和储能系统向高功率密度、高集成度方向发展，功率器件的热管理已成为制约系统性能和可靠性的关键瓶颈。 该研究提出的单相微流道冷却方案能够在0.15升/分钟流量下，以仅117-169毫...

Xin Zou · Zhirui Xu · Hao Chen · Yang Peng 等6人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年9月

通孔陶瓷过孔（TCV）互连结构的热机械行为对三维封装可靠性有着显著影响。然而，现有研究在很大程度上忽视了激光钻孔所产生的缺陷——特别是重铸层和粗糙界面——在调节高功率器件热应力方面的关键作用。在本研究中，提出了一种考虑重铸层和粗糙界面的TCV互连结构的新型热力学分析方法。利用魏尔斯特拉斯 - 曼德布罗特（W - M）分形函数建立了具有可调界面粗糙度的陶瓷 - 重铸层 - 铜模型。实验结果与模拟结果吻合良好，最大误差仅为11.1%。热力学模拟结果显示，热应力与界面粗糙度之间存在非单调关系：在所有温...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，该论文针对陶瓷通孔（TCV）互连结构的热力学研究具有显著的应用价值。在光伏逆变器和储能变流器等大功率设备中，功率半导体模块是核心部件，其封装可靠性直接影响系统的长期稳定性和功率密度提升。 该研究的核心贡献在于首次系统性地量化了激光钻孔工艺缺陷（重铸层和粗糙界面）对热应力的...

Changping Chen · Mengtao Xiao · Xiaokang Liu · Qiang Zhang 等6人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年9月

目前，微电子器件面临的严峻挑战之一是封装的小型化趋势。随着微电子封装不断向高密度、小尺寸方向发展，微焊点在常见服役条件下将单独或同时承受热电、力等载荷，这会导致互连结构失效。本研究探究了高电流密度下Sn₃.₅Ag微铜柱焊点的界面演变和失效机制。实验表明，在电流密度为3×10⁴ A/cm²、温度为150°C的条件下，阴极侧的镍层迅速溶解，形成Cu₃Sn和(Cu,Ni)₆Sn₅等金属间化合物（IMCs），而抗电迁移的Ag₃Sn颗粒在焊料芯部聚集，抑制了金属间化合物的生长。柯肯达尔空洞在Cu - Cu...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，该论文揭示的微铜柱焊点在高电流密度下的失效机理对我司功率电子产品具有重要参考价值。随着光伏逆变器和储能变流器向高功率密度、小型化方向发展，IGBT模块、功率半导体封装等核心部件面临的电-热-力耦合载荷日益严峻，焊点可靠性已成为制约系统寿命的关键瓶颈。 论文揭示的Sn3.5...

Longfei Li · Min Tang · Liang Chen · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年8月

本文提出了一种用于模拟电子封装热管理中所采用的热电冷却器（TEC）的高效方法。首先，将求解区域划分为三个不同的区域：热电装置区域（TDR）、散热器区域（HSR）以及集成电路与封装区域（ICPR）。为解决因热电腿的非线性特性导致的 TDR 计算效率低下问题，我们提出了一种新颖的一维等效热流模型（EHFM）来表示原始的三维结构。同时，将 HSR 和 ICPR 视为线性系统，并将它们对 TDR 的热效应在界面处转化为多端口热导网络（MTCN）。通过这种方式，不同区域仅在端口处通过温度和热流连续性条件进...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项热电制冷器高效仿真技术具有重要的应用价值。在光伏逆变器和储能系统领域，功率半导体器件的热管理一直是影响系统可靠性和效率的核心问题。随着产品功率密度不断提升，IGBT、SiC等功率器件的散热需求日益严峻，热电制冷器作为一种主动式热管理方案，可为局部热点提供精准温控。 该...

Yan Peng · Huaguang Bao · Tiancheng Zhang · Dazhi Ding 等6人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年8月

为解决封装过程中影响功率器件可靠性的关键热机械耦合难题，本文基于时域有限差分（FDTD）方法建立了瞬态热机械耦合数值模型。通过拓展FDTD的显式时间步进策略，在统一的计算框架内对热传导方程和固体力学方程进行离散和求解。该方法无需生成和求逆隐式算法所固有的大型刚度矩阵，从而显著降低了计算复杂度。采用傅里叶定律结合Yee网格中心差分格式对热场进行离散，并引入实时热膨胀应变张量修正机制，以准确捕捉材料非线性特性，并持续更新结构场中的位移和应力。基于所提出的数值模型，我们对实际回流焊接过程进行了模拟，并...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于FDTD方法的瞬态热-机械耦合分析技术对我们的核心产品具有重要的工程应用价值。在光伏逆变器和储能系统中，功率器件（如IGBT模块、SiC功率芯片）的封装可靠性直接影响产品的长期稳定性和市场竞争力，尤其在户外极端温度环境和频繁充放电循环工况下，热应力导致的封装失效是系...

Seung-Min Lee · Woo-Jin Lee · Eugene N. Cho · Jinsoo Bae 等6人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年7月

浸没冷却利用惰性介电液体为数据中心散热，可有效提升能效和热设计功率。然而，长期运行下冷却液与服务器组件间的热应力交互影响尚不明确。本研究针对碳氢类浸没冷却液，采用高温加速老化实验，评估冷却液及其对浸没材料的稳定性。光谱与热分析表明，高温下冷却液氧化显著加剧，流变特性退化程度与氧化水平密切相关。结果为评估浸没冷却系统长期可靠性提供了依据，有助于支撑高算力需求下数据中心的可持续稳定运行。

解读: 该浸没冷却可靠性研究对阳光电源大功率产品散热设计具有重要参考价值。PowerTitan储能系统和大功率SG逆变器中，功率模块、母排等高热流密度部件面临严峻散热挑战，浸没冷却可突破传统风冷/液冷限制，提升功率密度。研究揭示的冷却液氧化机理和PCB材料兼容性评估方法，可指导阳光电源开发适用于SiC功率模...

Aakash Mani · Jahar Sarkar · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年7月

热冲击、引脚设计和电流曲线也可能影响分段式热电冷却器（STEC）的瞬态性能和可靠性，但目前尚未有相关研究。因此，本研究对具有两种不同引脚几何形状（方形和圆形横截面）的STEC进行了详细的三维瞬态分析。研究了包括脉冲电流曲线、分段引脚比例和热冲击情况在内的各种运行条件对STEC的瞬态过冷、性能系数和热应力的影响。结果表明，在测试的电流脉冲形状中，二次电流脉冲表现出最佳的冷却性能，与在最佳电流下的稳态最低温度相比，方形引脚配置的温度降低了5.3 K，圆形引脚配置的温度降低了6.1 K。此外，分析强调...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项分段式热电制冷器（STEC）的瞬态热-机械特性研究具有重要的战略价值。在光伏逆变器和储能系统中，功率半导体器件（如IGBT、MOSFET）的局部热点问题一直是制约系统功率密度提升和可靠性保障的关键瓶颈。该研究提出的热电制冷技术为精准热点管理提供了新的解决思路。 该论文...

Rahman Sajadi · C. N. Muhammed Ajmal · Bilal Akin · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年7月

本文对来自四家不同供应商的 TO - 263 封装碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（SiC MOSFET）进行了全面的可靠性分析，重点关注栅极氧化物和封装的退化情况。开展了一系列加速老化测试（AAT），包括正高温栅极偏置（PHTGB）、负高温栅极偏置（NHTGB）、高温反向偏置（HTRB）和直流功率循环（DCPC），以研究栅极氧化物和封装的可靠性。高温栅极偏置（HTGB）和高温反向偏置（HTRB）测试结果表明，与类似设计相比，栅极氧化物厚度即使仅减少 10 纳米，也会对栅极氧化物的可靠性产生显...

解读: 作为全球领先的光伏逆变器和储能系统供应商，阳光电源在产品设计中大量采用SiC MOSFET器件以提升系统效率和功率密度。本研究针对TO-263封装SiC MOSFET的栅氧化层和封装可靠性分析，对我司产品开发具有重要指导意义。 研究揭示的两个核心发现直接关联我司业务痛点：首先，栅氧化层厚度即使减少...

Nick Baker · Francesco Iannuzzo · Szymon Bęczkowski · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年7月

目前最先进的功率半导体采用诸如引线键合、焊接和烧结等固态金属互连方式。热机械应力会使这些固态金属互连结构性能退化，是功率半导体失效的主要原因。本文展示了使用本质上能抵抗热机械应力的液态金属来封装硅功率二极管。制造过程在低于 80°C 的温度下进行。通过功率循环评估了热机械寿命，结果表明，与采用 SAC305 焊料和铝引线键合的二极管相比，其热机械寿命提高了 3.3 倍。此外，采用液态金属封装的二极管的热阻改善了 9%。液态金属的腐蚀和溢出被认为是失效模式。

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项液态金属互连技术在功率半导体封装领域具有重要的战略价值。在光伏逆变器和储能系统中，功率半导体器件（如IGBT、SiC MOSFET等）是核心部件，其可靠性直接影响系统的使用寿命和维护成本。 该技术的核心价值在于显著提升热机械应力耐受能力。研究表明，液态金属封装使功率循...

Nophadon Wiwatcharagoses · Sambit Kumar Ghosh · Premjeet Chahal · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年7月

结合超表面（MS）单元的复合左右手传输线（CRLH TL）概念被重新提出，以设计平面可调谐且小型化的功率分配器和移相器器件。其制作涉及单层金属图案化和变容二极管。通过改变直流偏置电压可以改变其电学特性。本文提出了一种具有等功率分配和不等功率分配特性的平面X波段功率分配器。实验结果证实，该功率分配器具有140 MHz的中心频率调谐能力。在性能无显著变化的情况下，两个输出端口之间的功率传输最大差值达到4.5 dB。另外，还提出了一种结合变容二极管、谐振频率分别为8.95 GHz和10.25 GHz的...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于超表面单元的可调谐功率分配器和移相器技术具有重要的潜在应用价值，特别是在光伏逆变器和储能系统的射频控制与通信模块方面。 该技术采用复合左右手传输线（CRLH TL）结合超表面概念，实现了器件的小型化和可调谐特性。在X波段140MHz的中心频率调谐能力和45°宽线性...

Dongyan Zhao · Hao-Xuan Zhang · Shi-Wei Guo · Yanning Chen 等6人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年6月

本文提出了一种高保真电磁-热耦合方法，用于表征各种雷达和通信系统射频前端中集成无源器件的温升和平均功率处理能力。该方法采用了自主开发的有限元法求解器，能够纳入随温度变化的材料参数，并引入了电磁和热传导过程之间的非线性强耦合。为支持多尺度耦合问题的求解，实现了高效的迭代算法和定制预条件器。通过薄膜微带互连和输出匹配网络两个基准算例，将该方法与商业软件 COMSOL 和 HFSS 进行了验证。进一步在两种具有代表性的集成无源器件结构——常用于低噪声放大器和功率放大器的输入匹配网络和级间匹配网络——上...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项电磁-热耦合仿真技术对我们的核心产品具有重要的借鉴价值。在光伏逆变器和储能变流器的功率电路设计中，集成无源器件（IPD）的热管理一直是制约功率密度提升和可靠性保障的关键瓶颈。 该论文提出的温度相关材料参数建模方法，能够精确预测IPD在高功率条件下的温升特性和功率承载能...

Zhenwen Pu · Yuexing Wang · Linwei Cao · Jichao Qiao 等5人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年5月

本研究通过实验与计算相结合的方法，研究了微凸点中电迁移引起的退化问题。在倒装芯片试样中嵌入了铂薄膜温度传感器，以实现实时热监测。利用这些传感器测量封装内部温度，并通过红外热成像进行验证，从而定量表征高电流密度条件下的焦耳热效应。对经过加速电流应力测试的试样进行横截面扫描电子显微镜（SEM）分析后发现，在电热耦合环境中，电迁移会引发两种并发的失效机制：（1）空洞在金属间化合物（IMC）/焊料界面形核并扩展；（2）焊料加速消耗导致的缩颈现象。本研究开发了一个多物理场建模框架，将统一蠕变塑性（UCP）...

解读: 从阳光电源功率电子产品的可靠性角度审视，该研究针对微凸点电迁移失效的表征方法具有重要参考价值。在光伏逆变器和储能变流器等核心产品中，功率模块的封装互连结构长期承受高电流密度和温度循环应力，电迁移导致的微观失效是影响系统25年以上生命周期的关键因素。 该论文提出的片上嵌入式温度传感技术为我们提供了实...

Arni Gesselle M. Pornea · Numan Yanar · Duy Khoe Dinh · Thomas You-Seok Kim 等6人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年5月

由于传统的聚合物基热界面材料（TIMs）不足以消散人工智能（AI）所用中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU）等先进芯片产生的热量，具有显著热导率的液态金属（LM）可能是这些处理器热管理的理想选择。然而，液态金属也存在缺点，例如由于其固有的高表面张力，会出现泄漏、表面铺展问题以及加工困难等情况。解决这些问题的一种可能方案是将金属颗粒与液态金属混合，但一般来说，掺入这些金属颗粒会引发金属间反应，导致热性能和加工性能下降。在此，我们提出了一种简便直接的方案，即使用氮化硼纳米管（BNNTs）与液态金...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，该液态金属热界面材料技术对我们的核心产品线具有重要的战略价值。随着光伏逆变器和储能系统向高功率密度方向发展，功率模块的散热问题已成为制约系统性能和可靠性的关键瓶颈。 该技术通过锡修饰氮化硼纳米管（BNNT-Sn）增强液态金属，实现了30%的热导率提升，这对我们的IGBT、...

Yiou Qiu · Zhen Liu · Linzheng Fu · Mingming Yi 等6人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年5月

随着大型芯片热管理需求的增长，铟因其固有的高导热性和良好的延展性，被认为是一种理想的热界面材料（TIM）。对于大型倒装芯片封装而言，如何提高其可靠性，尤其是在温度循环条件下的可靠性，仍是一项挑战。本研究以大型倒装芯片封装为研究对象，采用有限元模拟与实验相结合的方法，系统分析了温度循环条件下铟的蠕变行为和形态演变。在此基础上，运用基于应变的科芬 - 曼森模型预测了铟的疲劳寿命。为提高温度循环条件下铟层的可靠性，采用实验设计（DOEs）模拟方案分析了不同结构参数对疲劳寿命的影响。结果表明，靠近芯片边...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于铟基热界面材料在大尺寸倒装芯片封装中的热机械可靠性研究具有重要的技术参考价值。在光伏逆变器和储能变流器等核心产品中，大功率IGBT、SiC等功率半导体器件的热管理一直是制约系统可靠性和功率密度提升的关键瓶颈。 该研究通过有限元仿真与实验相结合的方法，系统分析了铟材...

Tarek Gebrael · Arielle R. Gamboa · Muhammad Jahidul Hoque · Shayan Aflatounian 等6人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年4月

功率密度的提升使热设计成为未来电气设备研发中的关键环节。数据中心和电动汽车等系统产生的热量越来越多，这需要高效的冷却方式，以将电子设备的温度控制在其耐受极限以下，确保其可靠性。浸没式冷却已成为一种颇具前景的热管理技术，它能使冷却液更接近发热元件，从而降低热阻并提高冷却效果。尽管浸没式冷却中使用的介电流体冷却液不会影响浸没其中的电气设备的电气性能，但其冷却性能相较于水等理想冷却液而言较差。若要将水用作浸没式冷却液，电子设备需要进行封装以防止短路。在此，我们开发了一种封装方法，可使电子设备与周围的水...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项水浸式冷却封装技术具有重要的战略价值。随着我们的光伏逆变器和储能变流器功率密度持续提升，热管理已成为制约产品性能突破的关键瓶颈。目前主流的风冷和传统液冷方案在面对350kW以上大功率设备时，散热效率和系统紧凑性难以兼顾。 该技术的核心价值在于通过氮化铝（AlN）和Pa...

Jianxing Li · Siyuan Lv · Weiyu He · Qinlong Li 等6人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年4月

本文提出了一种采用矩形波导（RW）类表面等离激元（SSPP）结构、具有陡峭滚降特性的全金属毫米波（mmWave）滤波功分器（FPD）。其上、下截止频率均取决于矩形波导 - 类表面等离激元单元的尺寸，可实现优异的滤波特性。在矩形波导中输入的 TE₁₀ 模电磁波，通过加载双面矩形波导 - 类表面等离激元结构，首先转换为 SSPP₁₂ 模，最后通过单面矩形波导 - 类表面等离激元结构转换为两个 SSPP₁₁ 模。为验证所提出的概念，制作并测试了一个原型。所提出的滤波功分器实现了从 22.1 GHz 到...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项毫米波滤波功分器技术虽然专注于射频器件领域，但其底层设计理念对我司在高频电力电子系统中具有一定的参考价值。 该技术采用矩形波导-人工表面等离激元（RW-SSPP）结构实现了22.1-27.5 GHz的宽带滤波与功率分配，其核心优势在于全金属结构带来的高可靠性、陡峭的滚...