以太无源光网络(EPON)技术应用广泛,但是要求器件的出纤光功率较高。采用球透镜结合窄发散角芯片的封装方式逐渐成为主流。在有源区为基于Al Ga In As材料体系脊波导结构的1 310 nm法布里-珀罗(FP)半导体激光器中加入模式扩展结构,成功...以太无源光网络(EPON)技术应用广泛,但是要求器件的出纤光功率较高。采用球透镜结合窄发散角芯片的封装方式逐渐成为主流。在有源区为基于Al Ga In As材料体系脊波导结构的1 310 nm法布里-珀罗(FP)半导体激光器中加入模式扩展结构,成功研制出温度特性良好、高效率、窄远场发散角的芯片。室温下芯片的阈值电流与无扩展波导结构的芯片相当,均为10 m A量级;效率达到0.6 m W/m A;远场发散角快轴为23°,慢轴为13°;85℃的阈值电流为20 m A,效率为0.55 m W/m A。该芯片可以使用低成本的晶体管外形(TO)封装技术制成,满足EPON标准的器件。展开更多
氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,HEMT)以其击穿场强高、导通电阻低、转换效率高等特点引起科研人员的广泛关注并有望应用于电力电子系统中,但其高功率密度和高频特性给封装技术带来极大挑战。传统硅...氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,HEMT)以其击穿场强高、导通电阻低、转换效率高等特点引起科研人员的广泛关注并有望应用于电力电子系统中,但其高功率密度和高频特性给封装技术带来极大挑战。传统硅基电力电子器件封装中寄生电感参数较大,会引起开关振荡等问题,使GaN的优良性能难以充分发挥;另外,封装的热管理能力决定了功率器件的可靠性,若不能很好地解决器件的自热效应,会导致其性能降低,甚至芯片烧毁。本文在阐释传统封装技术应用于氮化镓功率电子器件时产生的开关震荡和热管理问题基础上,详细综述了针对以上问题进行的GaN封装技术研究进展,包括通过优化控制电路、减小电感L_(g)、提高电阻R_(g)抑制dv/dt、在栅电极上加入铁氧体磁环、优化PCB布局、提高磁通抵消量等方法解决寄生电感导致的开关振荡、高导热材料金刚石在器件热管理中的应用、器件封装结构改进,以及其他散热技术等。展开更多
通过实验研究了印刷电路板(print circuit board,PCB)设计对小尺寸薄型封装(thin small outline package,TSOP)焊点可靠性的影响.实验制作了包含引脚焊盘的长度、焊盘的表面处理方式及背靠背的双面贴装偏移量3种设计参数的可靠性测试板...通过实验研究了印刷电路板(print circuit board,PCB)设计对小尺寸薄型封装(thin small outline package,TSOP)焊点可靠性的影响.实验制作了包含引脚焊盘的长度、焊盘的表面处理方式及背靠背的双面贴装偏移量3种设计参数的可靠性测试板,并采用表面贴装工艺(surface mount technology,SMT)将TSOP器件焊接到测试板上;经-40～85℃的高低温循环试验后,收集了TSOP引脚焊点裂纹的生长数据;讨论了焊点失效的机理,相应考虑了2种可靠性判断准则,并对各参数条件下的裂纹数据进行比较.结果表明,长尺寸焊盘、有机保焊膜(organic solderability preservatives,OSP)及不对称的两面布置方式有助于提高TSOP引脚的焊点可靠性.展开更多
高压碳化硅(silicon carbide,SiC)器件因具有耐高压、耐高温、低损耗等优异特性,已成为支撑未来新型电力系统建设的新型电力电子器件。文中基于自主研制的18kV/12.5A高压SiC绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT...高压碳化硅(silicon carbide,SiC)器件因具有耐高压、耐高温、低损耗等优异特性,已成为支撑未来新型电力系统建设的新型电力电子器件。文中基于自主研制的18kV/12.5A高压SiC绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)芯片,提出18kV SiC IGBT单芯片子模组及10芯片并联封装设计方案,研制18kV/125A SiC IGBT器件,功率等级达到国际最高水平。搭建高压碳化硅功率器件绝缘、静态特性和动态特性测试平台,测试单芯片子模组及10芯片并联器件的绝缘及动态特性,18kV/125A SiC IGBT器件具备18kV静态耐压且可以在13kV直流母线电压条件下关断130A电流,验证了所研制器件的高压绝缘及高压开关能力。此外,采用18kV/125A SiC IGBT器件串联搭建24kV换流阀半桥功率模块,提出器件串联均压方法,完成半桥功率模块的1min静态耐压试验和开关试验验证,结果表明,所研制的18kV/125A SiC IGBT器件运行良好,满足串联应用要求,同时,所提的均压方案可以保证半桥功率模块静态电压不均衡和动态电压不均衡程度分别低于0.4%和15%。该研究可以为基于SiC IGBT器件在柔性直流输电工程中的应用奠定基础。展开更多
SiC金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)作为车用电机控制器功率单元的核心器件,其并联不均流问题是影响电机控制器安全稳定运行的关键因素。对于热增强塑料封装(TPAK)SiC MOSFET功率模块实际应用中的不均流问题,首先通过理论推导...SiC金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)作为车用电机控制器功率单元的核心器件,其并联不均流问题是影响电机控制器安全稳定运行的关键因素。对于热增强塑料封装(TPAK)SiC MOSFET功率模块实际应用中的不均流问题,首先通过理论推导和仿真,对影响SiC并联均流的器件参数、功率回路参数、驱动回路参数进行了全面的分析总结。然后结合仿真结果对电机控制器进行均流优化设计,其中包括对TPAK SiC MOSFET进行测试、筛选和分析,减小器件参数分散性的影响;基于器件开关特性,对功率模块的驱动回路采用单驱动器多推挽结构,减小驱动回路对并联均流的影响;设计了一种叠层母排结构,在ANSYS Q3D中提取到功率回路寄生电感为9.649 nH,采用ANSYS Q3D和Simplorer进行联合双脉冲仿真,电流不均衡度小于3%。最后,进行了电机控制器样机的试制及测试,实际测试结果表明电流不均衡度小于5%,验证了在车用电机控制器应用中TPAK SiC MOSFET模块均流设计的可行性。展开更多
文摘以太无源光网络(EPON)技术应用广泛,但是要求器件的出纤光功率较高。采用球透镜结合窄发散角芯片的封装方式逐渐成为主流。在有源区为基于Al Ga In As材料体系脊波导结构的1 310 nm法布里-珀罗(FP)半导体激光器中加入模式扩展结构,成功研制出温度特性良好、高效率、窄远场发散角的芯片。室温下芯片的阈值电流与无扩展波导结构的芯片相当,均为10 m A量级;效率达到0.6 m W/m A;远场发散角快轴为23°,慢轴为13°;85℃的阈值电流为20 m A,效率为0.55 m W/m A。该芯片可以使用低成本的晶体管外形(TO)封装技术制成,满足EPON标准的器件。
文摘氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,HEMT)以其击穿场强高、导通电阻低、转换效率高等特点引起科研人员的广泛关注并有望应用于电力电子系统中,但其高功率密度和高频特性给封装技术带来极大挑战。传统硅基电力电子器件封装中寄生电感参数较大,会引起开关振荡等问题,使GaN的优良性能难以充分发挥;另外,封装的热管理能力决定了功率器件的可靠性,若不能很好地解决器件的自热效应,会导致其性能降低,甚至芯片烧毁。本文在阐释传统封装技术应用于氮化镓功率电子器件时产生的开关震荡和热管理问题基础上,详细综述了针对以上问题进行的GaN封装技术研究进展,包括通过优化控制电路、减小电感L_(g)、提高电阻R_(g)抑制dv/dt、在栅电极上加入铁氧体磁环、优化PCB布局、提高磁通抵消量等方法解决寄生电感导致的开关振荡、高导热材料金刚石在器件热管理中的应用、器件封装结构改进,以及其他散热技术等。
文摘通过实验研究了印刷电路板(print circuit board,PCB)设计对小尺寸薄型封装(thin small outline package,TSOP)焊点可靠性的影响.实验制作了包含引脚焊盘的长度、焊盘的表面处理方式及背靠背的双面贴装偏移量3种设计参数的可靠性测试板,并采用表面贴装工艺(surface mount technology,SMT)将TSOP器件焊接到测试板上;经-40～85℃的高低温循环试验后,收集了TSOP引脚焊点裂纹的生长数据;讨论了焊点失效的机理,相应考虑了2种可靠性判断准则,并对各参数条件下的裂纹数据进行比较.结果表明,长尺寸焊盘、有机保焊膜(organic solderability preservatives,OSP)及不对称的两面布置方式有助于提高TSOP引脚的焊点可靠性.
文摘高压碳化硅(silicon carbide,SiC)器件因具有耐高压、耐高温、低损耗等优异特性,已成为支撑未来新型电力系统建设的新型电力电子器件。文中基于自主研制的18kV/12.5A高压SiC绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)芯片,提出18kV SiC IGBT单芯片子模组及10芯片并联封装设计方案,研制18kV/125A SiC IGBT器件,功率等级达到国际最高水平。搭建高压碳化硅功率器件绝缘、静态特性和动态特性测试平台,测试单芯片子模组及10芯片并联器件的绝缘及动态特性,18kV/125A SiC IGBT器件具备18kV静态耐压且可以在13kV直流母线电压条件下关断130A电流,验证了所研制器件的高压绝缘及高压开关能力。此外,采用18kV/125A SiC IGBT器件串联搭建24kV换流阀半桥功率模块,提出器件串联均压方法,完成半桥功率模块的1min静态耐压试验和开关试验验证,结果表明,所研制的18kV/125A SiC IGBT器件运行良好,满足串联应用要求,同时,所提的均压方案可以保证半桥功率模块静态电压不均衡和动态电压不均衡程度分别低于0.4%和15%。该研究可以为基于SiC IGBT器件在柔性直流输电工程中的应用奠定基础。
文摘SiC金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)作为车用电机控制器功率单元的核心器件,其并联不均流问题是影响电机控制器安全稳定运行的关键因素。对于热增强塑料封装(TPAK)SiC MOSFET功率模块实际应用中的不均流问题,首先通过理论推导和仿真,对影响SiC并联均流的器件参数、功率回路参数、驱动回路参数进行了全面的分析总结。然后结合仿真结果对电机控制器进行均流优化设计,其中包括对TPAK SiC MOSFET进行测试、筛选和分析,减小器件参数分散性的影响;基于器件开关特性,对功率模块的驱动回路采用单驱动器多推挽结构,减小驱动回路对并联均流的影响;设计了一种叠层母排结构,在ANSYS Q3D中提取到功率回路寄生电感为9.649 nH,采用ANSYS Q3D和Simplorer进行联合双脉冲仿真,电流不均衡度小于3%。最后,进行了电机控制器样机的试制及测试,实际测试结果表明电流不均衡度小于5%,验证了在车用电机控制器应用中TPAK SiC MOSFET模块均流设计的可行性。
