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先进输电团队在功率器件结温准确测量领域取得重要进展

信息发布于:2021-09-23

功率半导体器件广泛应用于新能源电网、电力机车、电动汽车、家用电器等涉及到电能转换的各类装置中,结温的准确测量一直是学术界和工业界最为关注的重大难题。准确评估功率器件的结温不仅对于器件的实际应用具有重要指导意义,还对器件的特性评测和可靠性评估具有非常明确的物理意义。然而,现有应用最为广泛的电学参数法均只能得到一个单一的数值,并不能得到温度分布,如VCE(T)方法获得的是多个芯片或单个芯片的平均值,这对于器件内部各芯片的结温测量和单个芯片应力准确定位带来了挑战。

针对结温准确测量以及结温分布准确测量的问题,先进输电团队首先基于半导体学和传热学的基本物理过程进行机理研究,提出了三种准确修正由于半导体内部载流子恢复时间导致的结温测量误差,较国际标准JESD51-1的根号t方法更为准确。然后,针对多芯片并联后各芯片的结温准确测量,提出了时序电参数法,首次获得压接型IGBT器件内部各芯片的结温分布;最后,针对单个芯片的温度梯度和分布评估难题,提出了多电流法和数值反演方法可进一步准确获得单个芯片表面的温度分布。

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芯片表面结温分布测量示意图

上述三个成果从问题的不同角度和层次对功率器件的结温及分布进行了深入机理研究并提出了相应解决方案,为功率器件的失效机理和应力定位研究等具有指导意义。成果分别在2021年发表在电气工程领域顶级期刊IEEE Transactions on Power Electronics和IEEE Transactions on Electron Devices等,论文的第一单位为新能源电力系统国家重点实验室,并得到国家自然科学基金、中央高校基金面上等项目资助。上述成果的部分工作得到德国开姆尼茨工业大学Josef Lutz教授的支持。




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