包邮碳化硅功率模块设计——先进性、鲁棒性和可靠性

前言第1章　SiC MOSFET功率器件及其应用11.1　电力电子中的半导体器件11.1.1　基本性能11.1.2　热学性能21.1.3　SiC与Si对比31.1.4　SiC MOSFET功率器件31.2　应用中的先进性41.2.1　效率41.2.2　功率密度51.3　应用中的鲁棒性71.3.1　短路能力81.3.2　雪崩能力91.4　主流研究方向11前言第1章　SiC MOSFET功率器件及其应用11.1　电力电子中的半导体器件11.1.1　基本性能11.1.2　热学性能21.1.3　SiC与Si对比31.1.4　SiC MOSFET功率器件31.2　应用中的先进性41.2.1　效率41.2.2　功率密度51.3　应用中的鲁棒性71.3.1　短路能力81.3.2　雪崩能力91.4　主流研究方向111.4.1　轻载下的高频性能111.4.2　器件参数的分散性111.4.3　寿命验证121.4.4　封装技术121.5　结论13参考文献13第2章　多芯片功率模块的剖析172.1　封装的功能172.1.1　电气连接和功能实现182.1.2　电气隔离和环境绝缘182.1.3　热-力完整性和稳定性182.2　选择标准182.2.1　寄生电阻182.2.2　寄生电感192.2.3　寄生电容192.3　材料与工艺192.3.1　芯片192.3.2　钎焊技术202.3.3　引线键合212.3.4　衬底222.3.5　基板242.3.6　端子连接242.3.7　灌封252.4　发展趋势与SiC定制化开发25参考文献26第3章　SiC功率模块的设计及应用283.1　SiC MOSFET的应用潜力283.2　高速开关振荡和过冲303.2.1　关断振荡的频率323.2.2　低回路电感设计333.3　短路能力353.3.1　短路耐受和失效机理363.3.2　基于功率模块内部寄生电感的短路检测373.4　功率与成本的折中383.4.1　Si IGBT与Si PiN二极管方案393.4.2　Si IGBT与SiC SBD方案393.4.3　基于传统焊接工艺的SiC MOSFET方案413.4.4　基于烧结连接工艺的SiC MOSFET方案413.5　SiC MOSFET与Si IGBT的量化对比433.5.1　发掘SiC竞争力的分析方法433.5.2　案例分析：电气化交通应用453.5.3　开发潜力47参考文献50第4章　SiC MOSFET的温度依赖模型544.1　晶体管模型544.2　被测器件和实验平台564.3　参数提取过程574.4　界面陷阱的影响60参考文献61第5章　功率模块优化设计I：电热特性635.1　电-热仿真方法635.1.1　SPICE子电路和被测器件的离散化645.1.2　被测器件的有限元模型665.1.3　基于FANTASTIC的热反馈模块推导685.1.4　构建被测器件的宏电路725.2　静态和动态电-热仿真73参考文献75第6章　功率模块优化设计Ⅱ：参数分散性影响786.1　引言786.2　参数分散性对并联器件导通和开关性能的影响796.2.1　芯片参数分散性的影响816.2.2　功率模块寄生参数分散性的影响856.3　SiC MOSFET参数分散性的统计学分析866.4　蒙特卡罗辅助功率模块设计方法886.4.1　芯片参数分析896.4.2　功率模块寄生参数分析916.4.3　高可靠功率模块设计指南926.5　结论94参考文献95第7章　功率模块优化设计Ⅲ：电磁特性997.1　功率模块设计997.1.1　电气尺寸的设计997.1.2　DBC衬底的尺寸1007.2　功率模块建模1007.2.1　基于介电视角的建模：利用材料优化电应力1007.2.2　阻性材料1027.2.3　容性材料和阻性材料的比较1037.2.4　基于电磁场的建模：电感和寄生参数建模1067.3　结论115参考文献115第8章　功率模块寿命的评估方法1188.1　键合线失效1198.1.1　键合线跟部开裂1198.1.2　键合线脱落1208.2　芯片焊料层开裂1278.2.1　不考虑裂纹扩展的寿命评估方法1278.2.2　考虑裂纹扩展的寿命评估方法1298.2.3　其他寿命评估方法1338.2.4　厚度方向上芯片焊料层失效的寿命评估方法1348.3　功率循环测试和热循环测试1358.4　研究现状总结1368.5　未来研究方向137参考文献138第9章　金属界面银烧结的耐高温SiC功率模块1499.1　引言1499.2　SiC半导体与功率模块1499.3　SiC功率模块的芯片连接技术1509.3.1　高温焊料连接1519.3.2　瞬态液相键合1519.3.3　固态焊接技术1529.3.4　银烧结技术1539.4　不同金属表面的银烧结1559.4.1　钛/银金属化层上的银烧结连接1559.4.2　镀金表面的银烧结连接1599.4.3　直接铜表面的银烧结连接1669.4.4　铝衬底上的银烧结连接1699.5　结论172参考文献172第10章　芯片焊料层的先进评估技术17910.1　引言17910.1.1　先进功率模块对芯片连接材料特性的要求17910.1.2　先进功率模块的热阻评估18310.2　SiC芯片与银烧结连接层的热可靠性测试18410.3　薄膜材料的力学特性分析18610.4　连接层的强度测量与薄膜的拉伸力学特性分析19310.5　结论196参考文献197第11章　功率模块的退化监测20411.1　功率模块的退化20411.2　功率模块退化的监测方法20611.2.1　热阻提取20611.2.2　结构函数20811.3　典型案例：牵引逆变器21111.3.1　加热方法21111.3.2　提取冷却曲线21411.3.3　测试结果21611.4　结论218参考文献218第12章　先进热管理方案22212.1　动态自适应冷却方法22212.1.1　热管理与可靠性22212.1.2　动态自适应冷却方法22312.2　热阻建模和状态观测器设计22412.2.1　实验提取功率模块热阻22512.2.2　热阻的分析建模22812.2.3　多变量反馈控制22912.2.4　温度观测22912.3　冷却系统设计对功率模块退化的影响23012.4　结论231参考文献232第13章　新兴的封装概念和技术23313.1　高性能散热器23313.2　用于SiC功率模块的高性能衬底23613.2.1　石墨嵌入式绝缘金属衬底23613.2.2　衬底的设计和制作23713.2.3　DBC和嵌入石墨衬底之间的分析和比较23913.2.4　逆变器工况下的热分析24013.3　新兴的散热器优化技术242参考文献246