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基于双面布局的低寄生电感SiC功率模块
A Low Parasitic Inductance SiC Power Module Based on Double-Sided Layout
马浩浩 · 杨媛 · 郭孙毓 · Santiago 等6人 · 电工技术学报 · 2025年1月 · Vol.40
碳化硅（SiC）功率模块因高开关速度对寄生电感敏感，导致电压应力和开关损耗增加。本文提出一种双面布局SiC功率模块结构，通过在DBC基板上对称布置器件与端子，并利用穿孔实现三维电流路径，显著降低寄生电感与体积。仿真表明，相较传统二维键合线封装，寄生电感降低95%；实验验证显示，电压超调减少37%，开关损耗下降14%，动态性能优于商用模块，有效提升电气性能与开关特性。
解读: 该双面布局SiC功率模块技术对阳光电源产品线具有重大应用价值。95%的寄生电感降低可直接优化SG系列高功率密度光伏逆变器和ST系列储能变流器的开关特性,提升系统效率。37%的电压超调降低有助于提高PowerTitan等大功率产品的可靠性。该技术特别适用于新一代1500V系统和车载OBC等对功率密度要...
多芯片整体式Clip互连碳化硅功率模块反向耦合低感封装方法
A Low-Inductance Packaging Method for Multi-Chip Monolithic SiC Power Modules with Clip Interconnection Based on Reverse Coupling
张彤宇 · 王来利 · 苗昱 · 裴云庆 等5人 · 电工技术学报 · 2025年1月 · Vol.40
碳化硅功率器件因性能优异成为替代传统硅器件的重要选择，但封装中键合线和端子引入的寄生电感导致开关过冲与振荡，制约其优势发挥。本文提出一种多芯片整体式Clip互连封装方法，采用Clip取代键合线，并通过优化陶瓷基板布局实现内部电流反向耦合，降低寄生电感。结合电容直连结构抑制外部回路电感。仿真结果显示模块内部寄生电感为3.8 nH，功率回路电感5.0 nH；实验测得1 200 V/600 A样机功率回路电感4.53 nH，换流回路总电感5.87 nH，较传统模块降低44.6%。
解读: 该低感封装技术对阳光电源的SiC功率模块应用具有重要价值。通过Clip互连和反向耦合设计将功率回路电感降低44.6%，可显著提升公司SG350HX等大功率光伏逆变器的开关频率和效率。该技术尤其适用于PowerTitan储能系统的高频双向变流应用，有助于降低开关损耗和EMI干扰。对于快充桩等对功率密度...
基于N端口测量的碳化硅功率模块寄生参数提取方法
Methodology for Parasitic Elements Extraction of SiC Power Module Based on N-Port Measurement
Gregory Almeida · Sebastien Serpaud · Victor Dos Santos · Bernardo Cougo 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年5月
本文提出了一种基于测量的方法，专注于提取碳化硅（SiC）功率模块换流功率回路中的 RL 元件寄生参数。该方法可视为一个封闭/半封闭盒模型，它针对被测功率模块外部可用的给定数量端口（N）进行一组散射参数（S 参数）测量。所提出的方法使我们能够在数小时内构建一个模型，该模型旨在尽可能贴近功率模块的物理特性进行行为表征。测量的不确定性和误差通过基于最小二乘法的优化回归算法进行处理，该算法采用高斯 - 牛顿 - 拉夫逊方法。为了验证目的，本文给出了使用不同样品的碳化硅功率模块的实验结果。
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于N端口测量的SiC功率模块寄生参数提取方法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，阳光电源产品的核心竞争力很大程度上取决于功率模块的性能优化，而精确的寄生参数模型正是实现这一目标的关键基础。 该方法的核心价值在于通过S参数测量快速建立功率...
采用芯片-陶瓷散热封装的SiC功率模块EMI抑制方法
EMI Mitigation for SiC Power Module With Chip-on-Ceramic Heatsink Packaging
Zhaobo Zhang · Wenzhi Zhou · Xibo Yuan · Elaheh Arjmand 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年10月
本信函提出采用陶瓷散热片上芯片封装方式，以在封装层面降低共模（CM）噪声，同时改善碳化硅（SiC）功率模块的热性能。该封装方式将碳化硅金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）直接连接到金属化氮化铝（AlN）陶瓷散热片上，减少了开关节点与地之间的共模电容耦合，从而降低了共模噪声。搭建了一个400至200V的直流 - 直流降压转换器，以验证该封装方式在抑制共模噪声方面的有效性。实验结果表明，共模电流有所降低，与传统无基板模块相比，陶瓷散热片上芯片功率模块在5至20MHz频谱范围内的共...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项芯片直接封装于陶瓷散热器的SiC功率模块技术具有重要的战略价值。该技术通过减少开关节点与地之间的共模电容耦合，在5-20 MHz频段实现了超过5 dB的共模噪声抑制，这对我们的光伏逆变器和储能变流器产品具有直接应用意义。 在光伏逆变器领域，随着SiC器件的广泛应用，高...
基于NSGA-II优化的流形微通道散热器在SiC功率模块中实现更优散热与热均匀性
An NSGA-II Optimized Manifold Microchannel Heat Sink With Better Heat Dissipation and Superior Thermal Uniformity for SiC Power Modules
作者未知 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年1月
由于碳化硅（SiC）裸片性能优越，碳化硅功率模块是可再生能源和电动汽车领域的理想选择。然而，高热通量和热均匀性差等热管理问题已被视为碳化硅功率模块在实际应用中性能提升的主要制约因素。为应对这些挑战，本文提出了一种基于带精英策略的非支配排序遗传算法和有限元分析的歧管式微通道（MMC）散热器自动化优化方法。通过专用热测试平台，将优化后的歧管式微通道散热器应用于三相碳化硅功率模块进行热性能评估。实验结果表明，与传统针翅式散热器相比，优化后的歧管式微通道散热器使热均匀性提高了55.6%，碳化硅功率模块的...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于NSGA-II算法优化的歧管微通道散热技术具有重要的战略价值。作为全球领先的光伏逆变器和储能系统供应商，我们的产品正面临功率密度提升与热管理的双重挑战，而SiC功率模块的广泛应用使得这一矛盾更加突出。 该技术的核心价值体现在三个维度：首先，55.6%的热均匀性改善...
针对带有开尔文源极的SiC桥臂功率模块中失配引起的虚假栅源电压的分析与抑制
Analysis and Mitigation on Mismatch-Induced Spurious Gate–Source Voltages in SiC Bridge-Leg Power Modules With Kelvin Sources
Cheng Zhao · Laili Wang · Junhui Yang · Shijie Wu 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年9月
在桥臂结构中，虚假栅源电压（串扰电压）可能导致一个开关在其互补开关开通期间误触发。现有研究多将开关视为单芯片，但在大电流SiC功率模块中，每个开关由多个并联SiC MOSFET（PSMs）构成，其串扰特性与单管存在差异。本文通过理论分析与实验研究发现，电源网络失配引起的不平衡电压会在PSMs的串扰电压中引入额外的差模振荡分量，该分量无法被有源密勒钳位（AMC）有效抑制。为此提出两种抑制方法：一是在驱动回路中集成小型共模电感（CM），二是在PSMs两端并联额外SiC肖特基二极管（SBD）。通过基准...
解读: 该研究针对SiC桥臂功率模块的串扰抑制技术，对阳光电源ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器的功率模块设计具有重要价值。文中提出的共模电感集成和SBD并联方案，可直接应用于PowerTitan大型储能系统中多芯片并联SiC模块的桥臂设计，有效抑制电源网络失配导致的差模振荡，降低误触发风险。该技术可提...
一种用于带主动门极驱动器的并联SiC功率模块中电流均流的在线统一延迟与压摆率调节方法
An Online Unified Delay and Slew Rate Regulation for Current Sharing in Paralleled SiC Power Modules With Active Gate Drivers
Yan Li · Xibo Yuan · Yonglei Zhang · Kai Wang 等6人 · IEEE Transactions on Industrial Electronics · 2024年9月
为确保并联功率模块之间的电流均衡分配，可采用有源栅极驱动器（AGD）动态调节电流。然而，在碳化硅（SiC）器件极快的开关速度（例如小于100纳秒）下，AGD要实现有效、灵活且精确的动态电流调节颇具挑战。因此，本文提出了一种用于并联碳化硅金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）功率模块的AGD在线统一开通/关断延时及电流变化率调节方案。该方案的优势在于，它能对延时调节和电流变化率调节实现独立的闭环控制，即电流变化率的调节不会影响已调好的延时补偿。此外，所提出的基于仅含两个推挽驱动通...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项针对并联SiC功率模块的主动栅极驱动器（AGD）电流均衡技术具有重要的应用价值。在我们的大功率光伏逆变器和储能变流器产品中，多模块并联已成为提升系统容量和可靠性的核心架构，而SiC器件的广泛应用正在推动产品向更高功率密度和效率演进。 该技术的核心创新在于实现了延迟调节...
基于温度相关集总热模型的SiC功率模块高效结温估计
Efficient Junction Temperature Estimation of SiC Power Modules Based on Temperature-Dependent Lumped Thermal Model
Yizheng Tang · Cao Zhan · Lingyu Zhu · Weicheng Wang 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年9月
碳化硅（SiC）功率模块在高温下性能优于传统硅器件，其热特性受材料温度依赖性显著影响。基于电热耦合的结温估算因迭代中频繁更新温度相关参数而效率低下。本文提出一种高效的多芯片SiC功率模块结温估算方法，构建了包含温度相关参数的非线性状态空间方程的三维集总热模型（LTM）。利用有限元仿真获得的动态热响应曲线，结合自适应粒子群优化（APSO）算法精确辨识非线性热参数。采用梯形规则-二阶后向微分（TR-BDF2）法分两阶段求解，兼顾稳定性与计算效率，计算速度较传统龙格-库塔法提升1948倍，误差控制在约...
解读: 该SiC功率模块高效结温估算技术对阳光电源多条产品线具有重要应用价值。在ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器中，SiC器件已广泛应用于提升功率密度和效率，精准的结温估算可优化热管理设计，提升系统可靠性。TR-BDF2算法相比传统方法计算速度提升近2000倍，可集成至iSolarCloud智能运维平...
考虑互感耦合的Cu-Clip互连并联SiC MOSFET动态电流均衡解析与优化策略
Analytical and Optimal Strategy of Dynamic Current Balancing for Paralleled SiC MOSFETs With Cu-Clip Interconnection Considering Mutual Coupled Inductances
Xun Liu · Kun Ma · Yameng Sun · Yifan Song 等6人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年4月
为提升碳化硅（SiC）功率模块的电气性能与可靠性，本文研究采用Cu-Clip替代传统Al引线的技术方案。针对Cu-Clip互连结构中并联SiC MOSFET因布局不对称引入的互感耦合效应，建立了精确的电磁耦合模型，提出一种动态电流均衡的解析分析方法，并进一步设计最优布局优化策略，有效抑制并联支路间的电流不均，提高模块整体性能与热稳定性。
解读: 该研究对阳光电源高功率密度产品的设计具有重要指导意义。Cu-Clip互连技术可显著提升SiC MOSFET模块的电流均衡性和散热性能,适用于ST系列储能变流器、SG系列光伏逆变器等大功率产品。特别是在PowerTitan等MW级储能系统中,优化后的SiC模块布局可有效降低开关损耗、提高功率密度,并通...
一种考虑高温老化下表面金属化效应的SiC模块互连层力学性能快速识别与预测的机器学习框架
A Machine Learning Framework for Rapidly Identifying and Predicting Mechanical Properties of Interconnected Layer in SiC Module Considering Surface Metallization Effect Under High-Temperature Aging
Libo Zhao · Yanwei Dai · Fei Qin · IEEE Transactions on Industrial Informatics · 2025年7月
烧结银（Ag）作为高温碳化硅（SiC）功率模块封装中最具潜力的芯片互连材料，在封装过程和高温服役条件下常承受热应力，这极大地降低了SiC功率模块的热机械可靠性。本文通过机器学习辅助的实验与模拟方法，获取并评估了考虑金属化层和高温时效效应的烧结银互连层界面强度预测参数。提出了一种基于多层MLP（多层人工神经网络） - LSTM（长短期记忆网络）框架的模型，该模型具有更高的分类和预测能力。在该方法中，MLP用于提取不同金属化层作用下的分类特征，LSTM用于提取时间特征，以对高温时效引起的力学性能退化...
解读: 从阳光电源的业务角度来看，这项基于机器学习的SiC功率模块互连层性能预测技术具有重要的战略价值。随着公司光伏逆变器和储能系统向高功率密度、高效率方向发展，SiC功率器件已成为核心技术路线。该研究针对烧结银互连层在高温老化下的可靠性预测问题，直接关系到我们产品在严苛工况下的长期稳定性。 该技术的核心...
高功率密度功率模块的均匀高效嵌入式微流道冷却
Uniform and Efficient Embedded Microfluidic Cooling for High-Power-Density Power Modules
Weiyu Tang · Xiangbo Huang · Zhixin Chen · Kuang Sheng 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年6月
碳化硅（SiC）功率模块功率密度的不断增加给实现均匀的高热通量热管理带来了重大挑战，而这往往受限于传统封装。为解决这一问题，本文开发了一种嵌入式微流体冷却碳化硅功率模块，将嵌入式微通道与纳米银烧结相结合，以实现高效且均匀的冷却。利用皮秒激光蚀刻技术，在直接键合铜基板的芯片下方直接加工出微通道，并在基板中集成了交叉双层歧管，以促进大面积液体分配。首先使用碳化硅热测试芯片（SiC TTC）验证了所提出设计的热性能和温度均匀性。结果表明，该设计的结到流体的热阻超低，仅为0.064 K/W，性能系数大于...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项嵌入式微流道冷却技术为我们在高功率密度产品开发上提供了重要的技术突破方向。当前，我们的光伏逆变器和储能变流器正朝着更高功率密度和更紧凑设计演进，SiC功率模块的散热问题已成为制约产品性能提升的关键瓶颈。 该技术的核心价值体现在三个维度：首先，0.064 K/W的超低热...
不同Al/Cu缓冲层比例下SiC MOSFET功率模块在功率循环中退化特性的对比分析
Comparative Analysis of Degradation of SiC MOSFET Power Module With Different Proportions of Al/Cu Buffer Under Power Cycling
Yunhui Mei · Songmao Zhang · Yuan Chen · Longnv Li 等6人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年2月
由于碳化硅（SiC）芯片与键合线之间的热膨胀系数（CTE）不匹配，键合界面处会产生严重的热机械应力，导致键合线的可靠性显著降低。通过使用烧结银在芯片顶部连接铝/铜缓冲层，可以改善键合线与芯片之间的热膨胀系数不匹配问题，大大提高键合线的可靠性。缓冲层与银烧结技术的结合显著提高了功率模块的可靠性并增强了功率密度。此外，缓冲层增加了热容量，从而降低了半导体器件的工作温度。在本研究中，通过亚秒级功率循环测试（PCT）研究了不同比例的铝/铜应力缓冲层对采用铝键合线的单面模塑碳化硅功率模块可靠性的影响，并对...
解读: 从阳光电源业务视角来看，这项关于SiC MOSFET功率模块中Al/Cu缓冲层的研究具有重要的战略意义。SiC器件是我们光伏逆变器和储能变流器实现高功率密度、高效率的核心技术，而键合线可靠性一直是制约产品寿命的关键瓶颈。 该研究通过在芯片顶部采用银烧结技术集成Al/Cu缓冲层，有效缓解了SiC芯片...
碳化硅功率模块大面积银烧结关键工艺研究
Research on the Key Processes of Large-Area Silver Sintering for SiC Power Modules
Guiqin Chang · Di An · Erping Deng · Xiang Li 等6人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年1月
本文提出了一种用于碳化硅（SiC）功率模块大面积银烧结连接的替代工艺方法，该方法集成了干燥过程。所提出的方法显著简化了大面积烧结的生产流程。作为典型应用，采用该方法对 SiC 功率模块（1200 V/17 mΩ，八芯片并联）进行封装，实现了陶瓷基板（50×60 mm²）与散热器之间的可靠连接。通过对力学性能、热阻和热冲击可靠性的评估，验证了所提出的大面积银烧结方法的优势。结果表明，调整银浆印刷厚度可以适应活性金属钎焊（AMB）基板的翘曲。优化干燥温度和加热速率，即使采用单次印刷和集成干燥工艺，也...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项大面积银烧结技术对我们的核心产品线具有重要战略意义。SiC功率模块是光伏逆变器和储能变流器实现高效率、高功率密度的关键器件，而该研究提出的集成干燥工艺的银烧结方法，直接解决了大面积封装的工艺复杂性问题，这对我们推进新一代高功率产品开发极具价值。 该技术的核心优势与我们...
一种基于低温无压纳米铜烧结的高性能大功率双面冷却碳化硅功率模块
A Novel High-Performance, High-Power Double-Sided Cooling SiC Power Module Based on Low-Temperature Pressureless Nano-Cu Sintering
Haobin Chen · Haidong Yan · Chaohui Liu · Shuai Shi 等5人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年9月
由于纳米铜烧结膏成本低、具有优异的电学和热学性能、高可靠性以及抗电迁移能力，它被视为用于宽带隙半导体应用的下一代芯片互连材料。然而，目前尚无关于纳米铜烧结在高功率双面冷却（DSC）碳化硅（SiC）功率模块中应用的实验报告。本研究通过展示一种基于纳米铜烧结的新型高功率DSC碳化硅金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）模块的设计、制造和性能，填补了这一空白。利用自制的铜膏和甲酸辅助低温无压铜烧结工艺，制造出了一款1200 V/600 A的DSC功率模块。在250°C的甲酸气氛中烧结...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，该纳米铜烧结技术在高功率双面冷却SiC功率模块上的应用具有重要战略价值。当前光伏逆变器和储能变流器正朝着高功率密度、高效率、高可靠性方向发展，SiC器件已成为我们新一代产品的核心器件，而封装技术的突破将直接影响系统级性能提升。 该技术的核心价值体现在三个维度：首先，功率密...