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Accès ouvert déclaré 2025 article

Encapsulation Process and Dynamic Characterization of SiC Half-Bridge Power Module: Electro-Thermal Co-Design and Experimental Validation

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Rattachement africain : cn. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

Silicon carbide (SiC) half-bridge power modules are widely utilized in new energy power generation, electric vehicles, and industrial power supplies. To address the research gap in collaborative validation between electro-thermal coupling models and process reliability, this paper proposes a closed-loop methodology of "design-simulation-process-validation". This approach integrates in-depth electro-thermal simulation (LTspice XVII/COMSOL Multiphysics 6.3) with micro/nano-packaging processes (sintering/bonding). Firstly, a multifunctional double-pulse test board was designed for the dynamic characterization of SiC devices. LTspice simulations revealed the switching characteristics under an 800 V operating condition. Subsequently, a thermal simulation model was constructed in COMSOL to quantify the module junction temperature gradient (25 °C → 80 °C). Key process parameters affecting reliability were then quantified, including conductive adhesive sintering (S820-F680, 39.3 W/m·K), high-temperature baking at 175 °C, and aluminum wire bonding (15 mil wire diameter and 500 mW ultrasonic power/500 g bonding force). Finally, a double-pulse dynamic test platform was established to capture switching transient characteristics. Experimental results demonstrated the following: (1) The packaged module successfully passed the 800 V high-voltage validation. Measured drain current (4.62 A) exhibited an error of <0.65% compared to the simulated value (4.65 A). (2) The simulated junction temperature (80 °C) was significantly below the safety threshold (175 °C). (3) Microscopic examination using a Leica IVesta 3 microscope (55× magnification) confirmed the absence of voids at the sintering and bonding interfaces. (4) Frequency-dependent dynamic characterization revealed a 6 nH parasitic inductance via Ansys Q3D 2025 R1 simulation, with experimental validation at 8.3 nH through double-pulse testing. Thermal evaluations up to 200 kHz indicated 109 °C peak temperature (below 175 °C datasheet limit) and low switching losses. This work provides a critical process benchmark for the micro/nano-manufacturing of high-density SiC modules.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Encapsulation Process and Dynamic Characterization of SiC Half-Bridge Power Module: Electro-Thermal Co-Design and Experimental Validation
Date Crossref
19/07/2025
Éditeur
MDPI AG
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Où se fait cette recherche

  • Guilin University of Electronic Technology pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • School of Mechanical and Electrical Engineering pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure

Guilin University of Electronic Technology et School of Mechanical and Electrical Engineering.

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

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