庄池杰 · 石清元 · 林波 · 彭晞雨 等14人 · 高电压技术 · 2025年1月 · Vol.51

功率半导体器件是电力电子系统的核心，我国在该领域自给率低，严重依赖进口。作为设计优化的关键工具，国产仿真软件亟待突破。目前国内TCAD软件主要由国外厂商垄断。自2019年起，团队遵循“先追赶、再并跑、后超越”的战略，开展自主仿真工具研发。本文在分析器件物理模型与求解难点基础上，介绍二维仿真工具的初步进展，并与Synopsys TCAD Sentaurus Device进行详尽对比，结果表明自研软件在测试算例中的二维计算精度已达到国际主流商业软件水平。

解读: 该自主TCAD仿真工具对阳光电源功率器件应用具有战略价值。在SiC/GaN器件选型与应用中，可通过精确二维仿真优化器件工作点，提升ST储能变流器和SG逆变器的开关损耗与热管理设计。对三电平拓扑中的IGBT/SiC模块，可仿真验证并联均流、动态雪崩等关键特性，降低对进口TCAD软件依赖。在电动汽车OB...

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...

Mathias C. J. Weiser · Jan Tausk · Ingmar Kallfass · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年4月

快速准确地感测导通状态电压是功率半导体器件特性表征的重要组成部分。虽然文献中有许多不同的方法和电路，但结果往往难以比较，这阻碍了评估过程。为了能够与其他电路进行明确的比较，本文提出了一种全面的评估方法，用于评估和比较导通状态电压测量电路。此外，还提出了两种定制的钳位电路，并使用所开发的基准测试方案对其进行了评估。这两种电路的 3 分贝频率分别达到 54.6 MHz 和 250.9 MHz，平均响应时间分别为 41.1 ns 和 23.1 ns，可用于 1200 V 功率器件的特性表征。

解读: 从阳光电源的业务角度来看，这项关于功率晶体管导通态电压快速精确感测技术具有重要的战略意义。作为光伏逆变器和储能系统的核心企业，我们的产品性能很大程度上取决于功率半导体器件的精确表征和可靠运行。 该论文提出的先进钳位电路能够实现高达250.9 MHz的3-dB频率和23.1纳秒的平均响应时间，这对于...

Xia Zhou · Zhicheng Xin · Zan Wu · Kuang Sheng · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年11月

功率半导体器件是电力电子系统的核心部件，也是最脆弱的部分。本文收集了2010年以来硅（Si）和碳化硅（SiC）功率半导体器件的功率循环试验（PCT）数据，分析了不同封装技术、测试方法、产品类型及制造商等因素对器件寿命的影响。将功率半导体模块分为三类：采用铝线键合和焊料的常规模块、单一改进型（焊料或键合线改进）和双重改进型（焊料与键合线均改进）模块，并分别拟合其寿命模型。结果表明，所拟合的寿命预测公式具有较高精度，预测寿命与实验数据的平均比值为1.4–2.8倍。

解读: 该功率半导体寿命预测技术对阳光电源全产品线具有重要价值。针对ST储能变流器和SG光伏逆变器，可基于不同封装技术（常规/单一改进/双重改进）的寿命模型，优化SiC/Si IGBT模块选型，提升系统25年全生命周期可靠性。对电动汽车OBC和电机驱动产品，功率循环试验数据可指导SiC器件在高温高频工况下的...

作者未知 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年1月

脉宽调制（PWM）是现代电力电子技术中的一个基础概念，通常通过对功率半导体器件（如金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）或绝缘栅双极型晶体管（IGBT））进行高频开关操作并控制占空比来实现。本文介绍了一种全新的PWM开关概念：变换器PWM开关（CPS）。与传统的PWM开关不同，CPS利用变换器的一个端口来实现PWM开关的功能，而其额外的端口则用于提供或吸收功率，从而催生了一类新的变换器拓扑结构，即基于CPS的变换器。本文详细讨论了所提出的CPS的定义和推导过程。为了展示这一概念...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，转换器PWM开关（CPS）概念代表了功率变换技术的重要创新方向。该技术突破了传统PWM开关仅依赖单一功率器件高频开关的局限，通过将变换器的一个端口作为PWM开关使用，而其他端口用于功率传输，为新型拓扑结构的开发提供了理论基础。 对于阳光电源的核心业务，CPS技术具有显著的...

Maoyang Pan · Erping Deng · Xia Wang · Yushan Zhao 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年4月

如今芯片表面严重的横向温度梯度可显著降低功率半导体器件寿命。目前提取芯片表面横向温度梯度的主要方法包括红外IR相机和有限元仿真。然而前者需要破坏封装，后者可能耗时费力且精度存在挑战。本文推导了横向温度梯度的表达式，研究了影响因素及其含义。以常见三类线键合功率半导体器件为例，提出一种估计横向温度梯度的方法。实验验证了该方法的有效性和准确性，分立器件误差在13%以内，模块误差在1%以内。尽管验证需要破坏性封装进行IR测量，但后续应用可通过主要取决于器件类型的预校准有效性因子实现非破坏性估计。实际应用...

解读: 该功率器件横向温度梯度估计研究对阳光电源功率模块可靠性设计有重要参考价值。非破坏性估计方法通过预校准有效性因子避免开封测试可应用于阳光ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器的SiC/GaN功率模块在线健康监测。1%模块误差和13%分立器件误差的高精度估计为阳光iSolarCloud平台的数字孪生热管...

Yingzhou Peng · Kaichun Wang · Xing Wei · Zhikang Shuai 等5人 · IEEE Transactions on Industrial Electronics · 2024年10月

引线键合功率半导体器件有两种主要的与封装相关的老化模式：键合线脱落和焊点退化。在运行的功率变换器中区分这两种老化模式非常重要，这样可以定位退化点，并分别监测老化过程。因此，这有助于实现功率半导体器件封装的优化设计以及开发更精确的寿命模型。本文重点研究功率器件运行时主要老化模式的分离问题。通过变换器级导通电压测量电路，获取功率器件输出电流 - 电压（I - V）特性曲线上的两个点，从而实现功率变换器中所有功率器件老化模式的分离。与传统方法相比，该方法是一种在线解决方案，从变换器层面来看适用于不同类...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项功率半导体器件在线失效模式分离技术具有重要的战略价值。在光伏逆变器和储能变流器等核心产品中，IGBT、MOSFET等功率器件是决定系统可靠性和寿命的关键部件。该技术能够在设备运行状态下区分键合线脱落和焊层退化两种主要失效模式，这为我们实现预测性维护和精准故障定位提供了新...

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...

Jing Wen · Yi Fan · Guoliao Sun · Jinyang Su 等6人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2024年12月

铟（In）是高功率中央处理器（CPU）芯片广泛采用的焊料热界面材料（TIM1），这主要是因为它能提升散热性能。然而，在焊球回流过程中，被困在铟焊料内的有机助焊剂残留物会释放气体，导致铟TIM1中产生大量空洞（空洞率约35%），这限制了其在先进球栅阵列（BGA）封装中的应用。在本文中，为实现无助焊剂铟回流并获得低空洞率的铟TIM1，在厚铟TIM1表面电镀一层薄银（Ag）层，以原位生成AgIn₂涂层，该涂层可防止铟氧化。因此，回流过程中无需使用助焊剂去除焊料的氧化层。经过一次铟回流和三次焊球回流后，...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项铟基无助焊剂热界面材料技术具有重要的应用价值。在光伏逆变器和储能系统中，功率半导体器件（如IGBT、SiC MOSFET）的散热性能直接影响系统的可靠性和功率密度。随着我们产品向更高功率密度和更严苛环境应用发展，传统TIM材料的空洞问题（35%空洞率）严重制约了散热效率...

Longfei Li · Min Tang · Liang Chen · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年2月

本文提出了一种用于电子系统热管理中热电冷却器（TEC）模拟与设计的高效方法。首先，将整个电子系统划分为两个区域：热电装置区域（TDR）和非热电区域（NTR）。由于TDR包含大量具有非线性特性的热电装置，这对高效模拟和优化构成了严峻挑战。因此，我们提出了一种新颖的一维等效热阻模型（ETRM）来表征热电装置。另一方面，NTR主要包括陶瓷基板、热界面材料（TIM）、有源芯片和无源散热器，可将其视为线性系统。因此，采用宏建模技术将NTR对TDR的影响转化为界面处的多端口热阻网络（MTRN）。通过这种方式...

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与设计技术具有重要的应用价值。在光伏逆变器和储能系统中，功率半导体器件（如IGBT、MOSFET）的热管理直接影响系统效率、可靠性和使用寿命。该论文提出的等效热阻模型（ETRM）和多端口热阻网络（MTRN）方法，能够在保证精度的前提下将计算效率提升29...

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...