電力電子技術在日常生活中越來越普遍，尤其是現在，當我們正經歷一場由寬帶隙 (WBG) 材料引發的革命時。

WBG 材料在 SiC MOSFET 和 GaN HEMT 等新型功率半導體器件的開發中的應用打破了傳統硅技術確立的規則和概念，現在允許實施具有更高功率密度和效率的功率轉換器，相比之下到等效的硅器件。

此外，隨著轉換器尺寸的減小和功率密度的攀升，封裝解決方案也在不斷發展和更新。設計可靠和安全的轉換器，包括芯片之間的連接和絕緣材料的選擇，具有挑戰性。

除了提供緊湊高效的解決方案之外，WBG 材料還需要滿足異常或臨界工作條件（例如短路和極端溫度操作）的安全要求。例如，SiC MOSFET 需要安全地吸收短路事件期間涉及的大量能量，因為可以在器件端子上同時施加高電壓和高電流值。這些情況也可能產生大的熱波動。

需要考慮在功率轉換器的壽命內發生此類事件的可能性及其后果，這引起了許多研究人員的興趣。考慮到重復短路，他們開展了許多活動，介紹了與SiC MOSFET柵極氧化物退化相關的分析，因為柵極氧化物處熱量的逐漸增加可能會導致產生漏電流的導電路徑。其他研究表明，已經進行了功率循環試驗，以確定由于高溫操作和高溫擺動可能發生的電氣參數或機械部件的任何退化。

在這項研究中，通過有限元分析和 TO247-3 封裝的 CAD 模型（圖 1（a））對 1.2kV SiC MOSFET 進行了分析，并進行了非常緊張的實驗性短路測試。

該分析的目的是評估施加到鍵合線的熱機械應力。從實驗測試中，我們觀察到環氧模塑料樹脂和硅凝膠會影響短路能量和耐受時間，并且突出顯示當樹脂被硅凝膠替代時略有降低。

專注于鍵合線的熱機械模擬，我們已經看到模塑封裝樣品和灌封凝膠樣品之間的差異之一是由于各種材料的不同熱機械行為而施加在引線上的臨界應力。由于這些應力，凝膠涂層模型中鍵合線的總變形是模制模型的兩倍，圖 1（b）。

圖 1 (a) 用于熱機械模擬的幾何形狀，(b) 使用灌封凝膠封裝的源極鍵合線的變形。

審核編輯 黃昊宇