压接型IGBT器件封装退化监测方法综述

压接型IGBT器件是智能电网中大容量电力电子装备的基础核心器件,其可靠性直接关系到装备及电网的运行安全,而封装失效是其主要失效模式,封装退化监测是实现其故障诊断、状态预测及智能运维的关键.针对现有研究大多侧重于传统焊接型IGBT器件封装退化监测的问题,该文以压接型IGBT器件为研究对象,首先,介绍压接型IGBT器件封装结构;然后,系统分析微动磨损失效、栅氧化层失效、接触面微烧蚀失效、边界翘曲失效、弹簧失效、短路失效、开路失效共七种封装失效模式及对应的封装退化监测方法,并提出现有监测方法存在的问题;最后,从封装退化表征及评估、非接触式监测、高灵敏度监测三个方面,展望压接型IGBT器件封装退化监测新思路.     

54号基本细胞自动机规则的复杂性

该文以符号动力系统为工具,在双边无穷符号序列空间中对基本细胞自动机规则54的动力学行为进行了分析。得到了规则54不变子系统以及它的决定系统。给出了全局映射在子系统上的动力学性质,例如拓扑混合性,正拓扑熵,Li-Yorke和Devaney意义下的混沌等。     

带两个服务等级约束的三台机排序问题

研究带两个服务等级约束的3台同型机在线排序问题。工件和机器的服务等级为1或2,加工允许中断但不允许引入机器空闲时间,目标是最小化最大完工时间。该文首先证明任意在线算法的竞争比至少是3/2,接着对仅有1台机器等级为1的情形给出了竞争比为5/3的在线算法。     

SiC MOSFET重复雪崩能力提升的芯片结构优化方法

SiC MOSFET的高速开关工况易诱发巨大的di/dt,从而在电路的感性负载上引发过电压,导致器件进入雪崩状态。在多次雪崩冲击后,器件易发生重复雪崩失效。针对SiC MOSFET芯片元胞结构中栅氧化层薄弱导致器件耐重复雪崩冲击能力较差的问题,进行芯片元胞结构优化研究,以增强芯片耐重复雪崩能力,提升器件可靠性。首先,研究SiC MOSFET器件重复雪崩失效机理,开展SiC MOSFET器件重复雪崩失效测试,基于失效测试结果建立SiC MOSFET重复雪崩失效可靠性评估模型;其次,针对SiC MOSFET芯片元胞结构提出了栅极底部蚀刻、P-well区扩展、JFET顶部削弱三种优化结构,并研究三种优化结构对SiC MOSFET芯片SiO₂/SiC界面处碰撞电离率和垂直电场强度的影响;最后,基于SiC MOSFET雪崩失效可靠性评估模型,对比分析了三种不同优化结构SiC MOSFET的可靠性。研究结果表明SiC MOSFET器件栅极蚀刻元胞结构具有更高的重复雪崩失效可靠性,相关研究成果为SiC MOSFET器件耐重复雪崩失效能力提升的芯片元胞设计奠定理论基础。     

基于SiC MOSFET直流固态断路器关断初期电压尖峰抑制方法

针对碳化硅金属氧化物场效应晶体管(SiC MOSFET)直流固态断路器关断速度快、关断初期易产生较大电压尖峰及振荡问题,提出一种抑制方法。首先,建立SiC MOSFET等效电路模型,分析其不同寄生电感对固态断路器关断初期电压波形的影响。其次,利用不同电压等级金属氧化物压敏电阻(MOV)吸收能量不同的思想,提出并联MOV作为缓冲电路来抑制断路器关断初期电压尖峰的方法,在分析其工作原理和抑制效果的基础上,提出了选择缓冲MOV额定电压的依据。最后,搭建了基于SiC MOSFET直流断路器实验平台,对不同寄生电感、不同器件下的开断特性进行了比较,并对所提方法的有效性进行了验证。结果表明,相比Si IGBT固态断路器,SiC MOSFET固态断路器具有更为严重的电压尖峰和振荡问题,且随着寄生电感的增加越来越严重,所提出的方法可有效抑制其电压尖峰并减弱振荡。     

不同封装形式压接型IGBT器件的电-热应力研究

基于多物理场建模对比分析全压接和银烧结封装压接型IGBT器件的电-热应力。首先根据全压接和银烧结封装压接型IGBT的实际结构和材料属性,建立3.3 kV/50 A压接型IGBT器件的电-热-力多耦合场有限元模型;其次仿真分析额定工况下2种封装IGBT器件的电-热性能,并通过实验平台验证所建模型的合理性;然后研究了3.3 kV/1 500 A多芯片压接型IGBT模块的电-热应力,并探究了不同封装压接型IGBT器件电-热应力存在差异的原因;最后比较了2种封装压接型IGBT器件内部的电-热应力随夹具压力和导通电流变化的规律。结果表明银烧结封装降低了压接型IGBT器件的导通压降和结温,提升了器件散热能力;但银烧结封装也增大了IGBT芯片表面的机械应力,应力增大对IGBT器件疲劳失效的影响亟需实验验证。     

交流励磁抽水蓄能机组运行功率能力计算

具有交流励磁电机变速、功率解耦优点的抽水蓄能机组将在电力系统调峰、调频中发挥更好的作用,有必要研究考虑水头、流量和机组运行工况等约束条件下的可调速抽水蓄能机组运行功率能力的计算方法。首先,基于交流励磁电机电磁等效电路,考虑定、转子侧功率,推导发电和电动运行工况下的交流励磁电机接入电网侧的功率表达式;其次,考虑发电和抽水工况下水泵水轮机的工作特性,推导以水头和转速为变量的抽水蓄能机组的机械功率表达式,从而提出电动和发电工况下交流励磁抽水蓄能机组运行功率极限的计算方法和流程;最后,以某实际抽水蓄能机组参数为例,分析不同水头和转速下机组运行功率范围,并通过时域仿真结果验证所提计算方法的有效性。     

ZnO/SiC/Si(111)异质外延

使用SiC作为过渡层,采用自行设计建造的连通式双反应室高温MOCVD系统很好地克服了ZnO和SiC生长时的交叉污染问题,在Si基片上外延出高质量的ZnO薄膜.测量了样品的XRD和摇摆曲线,以及室温下的PL谱.实验结果表明,SiC过渡层的引入大大提高了ZnO薄膜的质量和发光性能,并有望实现在Si上制备ZnO单晶薄膜.     

AlGaN/GaN层叠结构插入层改善氮化镓基发光二极管抗静电性能研究

在GaN基发光二极管的uGaN与nGaN之间插入AlGaN/GaN层叠结构,增大了外延层的张应力,降低了外延层中的穿透位错密度,改善了外延材料的质量。对比了AlGaN/GaN层叠结构中不同Al组分对LED的抗静电能力的影响,含6.8%铝组分AlGaN/GaN层叠结构的LED人体模式抗静电能力提高到了6000V,合格率超过了95%。