功率|曾正：SiC功率器件的封装测试与系统集成( 三 ) 封装|器件|曾正|测试|功率|系统

以功率模块为例，本章介绍封装的建模和仿真方法。针对功率模块的电磁场模型，建立寄生电感的解析模型和经验模型。针对功率模块的电-热-力耦合效应，建立封装的电-热、热-力模型。针对功率模块的老化机理，建立焊料层的疲劳寿命模型。最后，基于有限元分析方法，采用ANSYS Q3D 和COMSOL仿真软件，给出功率模块的多物理场求解过程。

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▲ 基于ANSYS Q3D 的电磁场仿真结果：磁场分布
▋ 第8 章功率模块封装的优化设计和失效分析
功率模块内的电-热-力多物理场耦合，影响封装的优化设计和失效分析。本章首先建立功率模块封装的电学、热学、力学性能表征模型，揭示封装材料、封装尺寸对封装性能的影响规律。然后，针对电-热-力的协同优化，建立封装的多目标优化设计模型，并分析封装材料对优化设计的影响规律。在封装优化设计的基础上，针对半桥功率模块，研制相同封装的全Si、混合和全SiC 功率模块，并给出各种功率模块的评估结果。最后，围绕瞬间过应力失效和长期老化失效，分析功率模块封装的失效机理和失效现象。
▲ 功率模块封装的电-热-力协同设计框架
▋ 第9 章多芯片功率模块的并联均流
大容量功率模块普遍采用多芯片并联的结构，降低成本。多芯片并联的电流分配，影响功率模块的电-热应力均衡。本章介绍多芯片并联功率模块的电流不均衡现象，阐述功率模块的寄生参数电网络建模方法，构建功率模块内电流分配的通用数学模型。最后，针对两种不同的DBC 布局方法，给出对比评估的实验结果。

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▲ 多芯片并联功率模块的示意图
▋ 第10章 SiC 器件的开关测量建模与分析
SiC 器件开关速度非常快，给测量仪器和测试方法提出了严峻挑战。测量仪器的带宽、延迟时间、分散性等会导致测量结果的不精确性和不确定性。此外，测量仪器的输出阻抗会干扰SiC器件的正常开关行为，导致测量结果的不稳定性。本章介绍测量通道的构成、测量仪器的特点和技术现状。针对测量的不确定性，分析不同示波器、不同通道之间的分散性。针对测量的不精确性，评估不同探头带宽和延迟时间对测量结果的影响。针对测量的不稳定性，建立器件和测量仪器的综合阻抗模型，分析测量探头对SiC器件开关行为的影响规律。

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▲ 探头和示波器对测量波形的影响
▋ 第11章 SiC 分立器件在直流固态变压器中的应用
以直流固态变压器为例，本章介绍SiC 分立器件的应用。首先，介绍直流固态变压器的技术需求和工作原理。然后，以焊料层疲劳寿命模型为基础，分析SiC 分立器件的寿命模型。基于双有源桥电路的工作原理，建立直流固态变压器的损耗模型，以及分立SiC 器件的热耦合模型。最后，基于配电网的年负荷曲线，评估直流固态变压器的寿命。