功率检测

据美国科学促进会网站8月18日报道，美国国家标准技术研究院利用世界最黑材料——森林状多壁碳纳米管作涂层，研制出一种激光功率检测器，可用于光通讯、激光制造、太阳能转换以及工业和卫星运载传感器等先进技术领域的高精度激光功率测量。研究论文发表在最新的《纳米快报》上。 　　这种新型检测器几乎不会反射可见光。在波长从400纳米的深紫，到4微米的近红外线波段，反射少于0.1%，在4微米—14微米的红外光谱中，反射少于1%。这和伦斯勒理工学院2008年报告的超黑材料相似。2009年一个日本团队也有类似研究。 　　正是受到伦斯勒理工学院的研究论文《世界最黑人造材料》的启发，国家标准技术研究院的科研人员对精细碳纳米管进行了较为稀疏的排列，把它作为一种热检测器的涂层，制成了用于测量激光功率的设备。碳纳米管是热的良导体，提供了一种理想的热量检测器涂层。虽然镍磷合金在某些波段能反射更少的光，但不能导热。 　　纽约石溪大学的合作研究人员在一种热电材料钽酸锂上，生长出了碳纳米管涂层，涂层吸收激光转换成热量，温度上升产生了电流，通过测量电流大小能确定激光的功率。涂层越黑，光吸收的效果越好，测量结果就越精确。其独特之处在于，纳米管是生长在热电材料上，而其它研究中是生长在硅材料上。 　　国家标准技术研究院用过各种各样的材料来做检测器涂层，包括扁平状的单壁纳米管。最新的涂层是一种竖直的森林状多壁纳米管，每根细管直径小于10纳米，长约160微米，深管有助于吸收随机散射光和任何方向的反射光。 　　由于技术上要求检测器能测量的反射光谱更加广泛，国家标准技术研究院用了5种不同的方法花了数百小时来测量越来越弱的反射光，结果精确度都能达到要求。研究人员计划将设备的刻度运行范围扩展到50微米甚至100微米波长，这或许可为太赫兹射线功率测量提供一种标准。

记者27日从中国科学院高能物理研究所(中科院高能所)获悉，由该所济南研究部(济南中科核技术研究院)自主研发、可为功率半导体做“CT”(计算机断层扫描)的功率半导体封测新添“利器”——“全自动绝缘栅双极晶体管(IGBT)缺陷X射线三维检测设备”，近日在湖南株洲举行的功率半导体行业联盟第八届国际学术论坛上亮相推出，备受业界关注。中科院高能所副研究员、锐影检测科技(济南)有限公司(锐影检测)总经理刘宝东博士接受媒体采访介绍说，IGBT是一种功率半导体器件，被誉为电力电子装置的“心脏”，在高铁、新能源汽车、轨道交通、智能电网、航空航天等领域应用广泛。IGBT模块在运行过程中会产生大量的热，需要及时散掉，它通常存在两个焊料层，焊料层气孔会严重影响散热效率，可能导致重大安全事故，因此需要对气孔率严格控制。目前，常用的检测手段是超声检测，但非常容易受散热柱的干扰，导致检测偏差。同时，超声检测要将模块浸入到水中，需要隔离水的工装，还需要人工操作，检测过程复杂，难以实现在线检测，效率较低。此外，普通的二维X光成像会将IGBT模块两个焊料层混在一起，无法区分，并且有些大功率模块带有散热柱，会严重影响气孔检测的准确率。针对这些问题，中科院高能所研发团队基于10余年在大尺寸板状物三维层析成像领域的技术积累，在成功研发专用于板状古生物化石的X射线三维层析成像仪器(1.0版)基础上，面向国家重大需求的工业CT，针对集成电路先进封装的检测需求，突破一系列关键技术，研发出分辨率更高、更成熟的2.0版“全自动IGBT缺陷X射线三维检测设备”。刘宝东称，该2.0版设备依托X射线计算机层析成像技术和先进的缺陷智能检测软件算法，并将人工智能算法引入检测系统，可对不合格产品进行自动识别及分拣，为IGBT模块封测提供全自动在线无损检测解决方案，从而大大提高检测效率，保障IGBT模块的产品品质。他表示，在功率半导体封测设备研发过程中，研发团队也积累了丰富的工程化经验。而作为中科院高能所与地方合作孵化的科技成果转化企业，锐影检测为团队经验技术转化为成熟产品提供了良好平台，从而打通从技术研发到产品应用的“最后一公里”。(完)

p style=" text-indent: 2em " 赛默飞最新研发的 strong 超高功率X射线检测系统 /strong 是目前最高X光功率系统，该系统能够使食品生产商在 strong 难度较大的应用场景 /strong 中如奶酪块这样密度很大的重型产品、含有香料和包装盒的肉类产品等检测各种物理污染物。该系统是专为获得比大口径金属探测器更好的检测性能，或为满足客户升级到X射线检查的需求设计。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/38425e24-24da-4d1a-bf86-f7ad7ff3a71a.jpg" title=" 赛默飞.jpg" alt=" 赛默飞.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 400px " / /p p 　　 strong 一般系统X射线功率为100-200W，赛默飞 Xpert重型X射线检测系统具有900W的X射线功率 /strong 。专为大孔径高宽的大箱、大箱、大袋、大托盘而设计。从上到下的呈梯形，X射线束在中部宽770mm，在300毫米孔径高度处宽525mm。据了解，此款Xpert重型X射线检测系统有一个增强的机械设计，水冷陶瓷X射线管也经得起长期日常冲洗。Xpert 旨在通过提供具有难度的高渗透的食品产品应用，来支持最高水平的食品安全和品牌保护工作。 /p p 　　“Xpert HD是世界上功率最高的X射线系统之一，专为具有挑战性的应用而设计，”赛默飞金属检测和X射线检验首席产品经理Bob Ries说，“Xpert HD典型的应用场景，是待检测产品在金属探测器中产品效应过高导致灵敏度降低，或者客户要求能够检测非金属污染物。” /p p 　　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 赛默飞Xpert HD X射线检测系统的其他优点 /strong : /span /p p 　　 strong 三种检验宽度 /strong /p p strong 　　外部冷水系统冷却X光管 /strong /p p strong 　　可应用于赛默飞所有Xpert输送机模型的软件系统 /strong /p

近日，中导光电设备股份有限公司（简称“中导光电”）纳米级图形晶圆缺陷光学检测设备（NanoPro-150）再次交付客户，标志着中导光电在半导体前道图形晶圆检测设备市场化道路上阔步前行。 前道图形晶圆检测设备是半导体芯片制造过程中的核心设备之一，技术门槛高，难度大，是检测设备的主战场。此次交付用户的NanoPro-150产品灵敏度系纳米级序列，充分满足半导体芯片90nm及以上产线制造工艺需求。本次交付的设备将用于国内功率半导体头部公司的量产线，加之前期该型号设备已在功率半导体知名企业产线长期量产使用，表明该产品尤为受到功率半导体公司的青睐和欢迎。NanoPro-150是NanoPro-1XX系列中的高端产品，除与国际顶尖公司同类产品在灵敏度、检出速度等主要性能参数相近外，还开发和引入了许多先进的AI算法和软件，进一步提高了信噪比，显著提升了设备在关键制程的缺陷检测灵敏度和检出率。同时，该产品实现了精密光机电关键核心部件的国产化和自主可控，为产品的量产和稳产奠定了坚实基础。 中导光电是国内半导体及泛半导体前道图形缺陷检测设备的领军企业，也是国家专精特新 “小巨人” 企业、国家知识产权优势企业，有着丰富的技术积累和完全的自主产权。在过去十多年的经营中，公司的亚微米级和微米级设备累计销售逾350台，长期稳定地运行在众多量产线中。公司目前进入销售和量产的NanoPro-1XX系列产品和MDI亚微米检测设备，加上NanoPro-2XX和NanoPro-3XX即将先后进入市场，可望覆盖国内半导体前道检测设备需求市场的90%以上，给中国半导体工业检测设备的国产化描绘出一片光明前景。

table border=" 1" cellspacing=" 0" cellpadding=" 0" width=" 600" tbody tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 成果名称 /p /td td width=" 525" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " 一种埋地钢质管道电磁超声内检测用大功率高频激励源 /p /td /tr tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 单位名称 /p /td td width=" 525" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " 北京工业大学 /p /td /tr tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 联系人 /p /td td width=" 174" p style=" line-height: 1.75em " 王新华 /p /td td width=" 159" p style=" line-height: 1.75em " 联系邮箱 /p /td td width=" 192" p style=" line-height: 1.75em " wxhemma2005@163.com /p /td /tr tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 成果成熟度 /p /td td width=" 525" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " □正在研发 □已有样机 ■通过小试 □通过中试 □可以量产 /p /td /tr tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 合作方式 /p /td td width=" 525" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " ■技术转让 & nbsp ■技术入股 & nbsp ■合作开发& nbsp & nbsp □其他 /p /td /tr tr td width=" 648" colspan=" 4" p style=" line-height: 1.75em " strong 成果简介： /strong & nbsp & nbsp & nbsp /p p style=" text-align:center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/d522591d-0f2d-4d4a-aa35-3ebf14093fb3.jpg" title=" QQ图片20160314182424.jpg" width=" 380" height=" 250" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 380px height: 250px " / /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp & nbsp 大功率高频激励源一直是障碍埋地钢质管道电磁超声内检测技术发展的一个关键核心器件，项目以提高电磁超声检测探头的换能效率为目标，基于射频理论提出了一种DE类射频功率变换器技术，它是以D类谐振变换器为设计基础，既具有D类变换器高功率输出特性，又具有E类变换器工作频率高的优点，同时克服了目前D类变换器高频工作性能差以及E类变换器开关利用率低的缺点，实现了高压、高频和大功率输出的功能，大大提高了电磁超声换能器的换能效率。研制开发的大功率高频激励源克服了现有电磁超声用电容储能式脉冲激励源以及全桥逆变式激励源在使用过程中的输出频率低、可控性差、发热大、结构复杂以及难以用作埋地管道电磁超声内检测激励源等缺点，解决了障碍埋地钢质管道电磁超声内检测技术工程化中的关键难题，对提高埋地钢制管道电磁超声内检测仪器研制水平，并为进一步研制和开发更高频率的多通道程控激励源奠定了基础。开发的大功率高频激励源性能指标达到：输出电压400Vpp、输出电流21Ipp、最大输出功率1.5kW、输出激励信号频率1MHz，具有体积小，重量轻，发热小，能够满足埋地钢质管道电磁超声内检测技术的要求。 /p p style=" line-height: 1.75em " br/ /p /td /tr tr td width=" 648" colspan=" 4" p style=" line-height: 1.75em " strong 应用前景： /strong br/ & nbsp & nbsp & nbsp 研究成果主要用于研制和开发埋地钢质管道电磁超声内检测器，目前埋地钢质管道电磁超声内检测器在国内尚处于研制空白，研究成果为研制和开发埋地钢质管道电磁超声内检测器奠定了基础。依托研究成果研制开发的埋地管道电磁超声内检测器主要服务于我国生命线工程的安全检测，应用于国内外油田生产企业、石油化工、管道运行、城市燃气公司等行业的埋地长输油气管道、集输管道、成品油管道、站场管道、输水管道、城镇燃气管道的内检测工程需求，仪器需求量大，市场前景广阔。此外，大功率高频激励源是实现电能变换和功率传递的主要设备，是一种技术含量高、知识面宽，更新换代快的产品，产业不仅适用于埋地钢质管道电磁超声内检测，未来还将应用到交通、运输、航空、航天、航运等领域，通过拓展不同的应用领域，扩大产品的市场规模。 /p p style=" line-height: 1.75em " br/ /p /td /tr tr td width=" 648" colspan=" 4" p style=" line-height: 1.75em " strong 知识产权及项目获奖情况： /strong br/ & nbsp & nbsp & nbsp 依托该研究成果，已获得国家发明专利2项、计算机软件著作权1项，并得到了北京市科委2014年首都科技条件平台科学仪器开发培育项目& amp ldquo 基于电磁超声的埋地钢质管道内检测大功率高频激励源的研发培育& amp rdquo 的支持。 br/ & nbsp & nbsp & nbsp （1）一种大功率高频激励源驱动电路及其实现方法，发明专利：201510515817.7 br/ & nbsp & nbsp & nbsp （2）一种满足大功率高频激励源高性能输出的阻抗匹配网络及其实现方法，发明专利：201510280132.9 br/ & nbsp & nbsp & nbsp （3）大功率高频激励源控制系统软件. 软件著作权：2015SR032591 /p p style=" line-height: 1.75em " br/ /p /td /tr /tbody /table p br/ /p

记者27日从中国科学院高能物理研究所(中科院高能所)获悉，由该所济南研究部(济南中科核技术研究院)自主研发、可为功率半导体做“CT”(计算机断层扫描)的功率半导体封测新添“利器”——“全自动绝缘栅双极晶体管(IGBT)缺陷X射线三维检测设备”，近日在湖南株洲举行的功率半导体行业联盟第八届国际学术论坛上亮相推出，备受业界关注。中科院高能所副研究员、锐影检测科技(济南)有限公司(锐影检测)总经理刘宝东博士接受媒体采访介绍说，IGBT是一种功率半导体器件，被誉为电力电子装置的“心脏”，在高铁、新能源汽车、轨道交通、智能电网、航空航天等领域应用广泛。IGBT模块在运行过程中会产生大量的热，需要及时散掉，它通常存在两个焊料层，焊料层气孔会严重影响散热效率，可能导致重大安全事故，因此需要对气孔率严格控制。目前，常用的检测手段是超声检测，但非常容易受散热柱的干扰，导致检测偏差。同时，超声检测要将模块浸入到水中，需要隔离水的工装，还需要人工操作，检测过程复杂，难以实现在线检测，效率较低。此外，普通的二维X光成像会将IGBT模块两个焊料层混在一起，无法区分，并且有些大功率模块带有散热柱，会严重影响气孔检测的准确率。针对这些问题，中科院高能所研发团队基于10余年在大尺寸板状物三维层析成像领域的技术积累，在成功研发专用于板状古生物化石的X射线三维层析成像仪器(1.0版)基础上，面向国家重大需求的工业CT，针对集成电路先进封装的检测需求，突破一系列关键技术，研发出分辨率更高、更成熟的2.0版“全自动IGBT缺陷X射线三维检测设备”。刘宝东称，该2.0版设备依托X射线计算机层析成像技术和先进的缺陷智能检测软件算法，并将人工智能算法引入检测系统，可对不合格产品进行自动识别及分拣，为IGBT模块封测提供全自动在线无损检测解决方案，从而大大提高检测效率，保障IGBT模块的产品品质。他表示，在功率半导体封测设备研发过程中，研发团队也积累了丰富的工程化经验。而作为中科院高能所与地方合作孵化的科技成果转化企业，锐影检测为团队经验技术转化为成熟产品提供了良好平台，从而打通从技术研发到产品应用的“最后一公里”。

在基于垂直腔面发射激光器（VCSEL）的激光雷达和面部识别系统中，对激光束的多属性评估至关重要。这些属性包括功率、频谱和时间脉冲形状，它们共同决定了激光性能的优劣。然而，捕获和准确测量这些属性，特别是对于准直、发散、连续和脉冲光源，极具挑战性。Labsphere的多功能激光功率积分球和传感器凭借其出色的性能和精确度，为解决这些问题提供了有效方案。我们可根据您的需求提供激光功率测量积分球。选择不同的尺寸和涂层以满足您特定的测试激光功率水平。同时，根据测试激光的波长以及光学探测器的光谱响应度校准范围，我们可为您定制最合适的光学探测器，确保满足您的所有需求。特点确保激光器发出的功率能够被全面收集，无论其发散角度或偏振状态如何。高效地衰减高功率，以防止传感器过载。集成第二个探测器端口，用于进行光谱监测或扩大波长覆盖范围。减少在裸露状态下，传感器有效区域响应不均匀所引起的误差。应用&bull 连续（CW）与脉冲激光测量&bull 实验室与生产测试&bull 镜头校准&bull 激光功率质量评估LPMS 配备皮安计和激光功率软件&bull 第n波长的平均辐射功率（连续波）&bull 第n波长的平均峰值辐射功率（脉冲）&bull 探测器采样率（Hz）&bull 探测器扫描间隔（秒）&bull 激光功率密度：单位面积的瞬时激光束功率，单位为W/cm2，可选择以cm2为单位的光束面积需要输入光束面积&bull 最大功率（连续波）&bull 最小功率（连续波）&bull 峰值辐射功率（脉冲）&bull 脉冲宽度或脉冲持续时间间隔&bull 辐射功率范围（连续波）&bull 辐射功率（W）&bull 重复率/频率（脉冲）&bull 标准偏差（连续波）&bull 总脉冲数&bull 波长（由客户根据激光输出和校准数据表选择）

CEL-NP2000-Sun180太阳光功率计主要用在户外测量波长范围为300nm～3000nm的太阳光总辐射，可以实现测试太阳光0-180°连续全天候角度下的光功率辐射值，实现全天候测量。太阳光功率计感应面向下可测量反射辐射值，也可用于测量入射到斜面上的太阳辐射，加遮光环可测量散射辐射。CEL-NP2000-Sun180太阳光功率计可广泛应用于户外气象、太阳能利用，太阳光测量，农林业、建筑材料老化及大气环境监测等部门的太阳辐射能量的测量。太阳光功率计由双层石英玻璃罩、感应元件、遮光板、表体、干燥剂等部分组成。双层玻璃罩是为了减少空气对流对辐射表的影响。内罩是为了截断外罩本身的红外辐射而设的。感应元件是太阳光功率计的核心部分，由快速响应的绕线电镀式热电堆组成，感应面涂特种无光黑漆、热结点，当有太阳光照射时温度升高，与另一面的冷结点形成温差电动势、电动势与太阳辐射强度成正比，实现实时的测量。主要技术指标：1.灵敏度:7～14μvw-1m-22.光谱范围：300nm～3000nm3.测量角度：0-180°（全方位）4.测试范围：0～2000Wm-25.年稳定度：≤±2%6.余弦响应：≤±7%（太阳高度角10°时）7.方 位：≤±2%（太阳高度角10°时）8.响应时间：＜10s（95％响应）9.非 线 性：不大于±2%10.温度漂移系数：不大于±2%（-10～40℃）11.输出信号 0～20mV

大功率LED荧光光源BGU-LED-MH-scope5（蔡司专用）专为国际知名光学品牌蔡司显微镜而造，兼容蔡司2021年明星产品 Axioscope5/ Axioscope7两款型号，共同实现高品质的荧光成像效果。长寿命的LED光源和高品质荧光滤光组是高品质荧光成像的保证。有单色荧光、双色荧光及多色荧光等多种配置方案可选。采用大功率LED光源，集成模块化设计专利产品，荧光通道一键切换，快速响应。前方位拨动滑块切换荧光通道光源和荧光滤光片组联动，一键切换，操作顺畅。采用高品质荧光滤片组，OD值6,高信噪比；多种波段可选，应用于多种领域的荧光检测。LED即开即用，开机无须预热 使用寿命长，人工维护成本低；可通过电源适配器实时显示荧光亮度情况，实现荧光强度精准控制。荧光滤色片:紫外通道:UV: BP360/50nm FT:415nm BP:460/50nm蓝色通道:B : BP477/35nm FT:505nm BP:530/40nm绿色通道:G : BP540/25nm FT:565nm BP: 605/55nm最多可搭配3组滤光片和保留一组明场观察通道荧光光源:标配大功率LED光源，寿命20000小时以上电源箱:亮度连续可调，可数显强度，额定电压/电流:AC100-240V 50/60Hz0.3A匹配显微镜:Zeiss Axioscope 5/ Axioscope 7可选荧光滤色片组:紫外通道:uV: BP360/50nm FT: 410nm LP:420nm蓝色通道:B : BP477/35nm FT:505nm LP:510nm绿色通道:G : BP540/25nm FT:570nm LP:575nm紫色通道:V :BP405/10nm FT:455nm LP:460nm黄色通道:Y : BP562/40nm FT:593nm BP:640/70nm红色通道:R : BP635/30nm FT: 660nm BP: 710/80nm医疗检测应用：真菌结核杆菌呼吸道七联检，呼吸道病毒妇科检查 滴虫脑炎CTC大功率LED荧光光源BGU-LED-MH-scope5（蔡司专用）专为国际知名光学品牌蔡司显微镜而造，兼容蔡司2021年明星产品 Axioscope5/ Axioscope7两款型号，共同实现高品质的荧光成像效果。长寿命的LED光源和高品质荧光滤光组是高品质荧光成像的保证。有单色荧光、双色荧光及多色荧光等多种配置方案可选。如果您对大功率LED荧光光源BGU-LED-MH-scope5（蔡司专用）感兴趣，欢迎您的咨询！产品彩页：大功率LED荧光光源BGU-LED-MH-scope5（蔡司专用）

近日，市场监管总局批准建立太赫兹辐射功率基准装置，填补了我国太赫兹辐射功率量值传递与溯源能力空白，为太赫兹辐射功率量值准确获取和应用提供技术支撑。 太赫兹是位于微波和红外之间的电磁辐射，频率范围从0.1THz到10THz，对应波长从3mm到30μm。太赫兹具有强穿透力，能穿透塑料、织物、纸张、木箱等探测内部情况，且对人体无电离辐射损伤。太赫兹承载丰富的频谱信息，许多生物分子、蛋白质、食品、药品的特征光谱都落在太赫兹波段。太赫兹作为一种全新的技术手段，在人体安检、无损检测、高速通信、生物医学等领域都具有重要应用。例如，太赫兹用于人体安检时，辐射功率过低无法获取清晰的成像，辐射功率过高则会引起人员的不适；太赫兹用于高速通信时，辐射功率过低导致信息传不远，辐射功率过高则会引起饱和失真。 新建的太赫兹辐射功率基准装置，通过自主研制高吸收率太赫兹吸收材料和宽频段太赫兹绝对辐射计，实现了太赫兹辐射功率的精准复现，解决了太赫兹辐射功率长期无法溯源的难题，为太赫兹人体安检仪辐射功率精准控制、太赫兹无损检测探测器准确标定、新一代高速通信系统源和探测器性能测试提供了量值溯源的源头，也为太赫兹超导探测器天文观测、太赫兹气象卫星遥测预警、太赫兹高速电子器件研制等提供准确可靠的计量支撑。

3月13日，湖北省计量测试技术研究院(以下简称湖北省计量院)收到2022年通信用光功率计功率示值能力验证结果通知单，其1310nm光功率En值为0.25，1550nm光功率En值为0.25，结果为满意。 　　此次能力验证由中国泰尔实验室组织开展。该项能力验证已通过中国合格评定国家认可委员会 CNAS 认可，证书号:CNAS PT0090。 　　通信用光功率计是通信干线铺设、设备维护、科研和生产中使用的重要仪器，主要用于测量光源的输出功率及功率稳定度，光传输线路中的传输功率，光接收端机的灵敏度、过载点，各种无源器件的插入损耗和衰减量。 　　在新一代光纤接入网、传送网以及移动信号网络中，光纤作为最重要的基础设施，对光功率示值检测能力的要求进一步提高。此次能力验证有利于提高各实验室的相关领域计量技术能力，确保光功率计设备的量值统一、准确和可靠，对新一代光纤通信网络系统发展具有重要的推动作用。 　　通过此次能力验证，湖北省计量院通信用光功率计功率示值校准工作的可靠性和准确性得到了充分验证，实验室计量校准技术和管理水平也得到了锻炼和提升。 　　湖北省计量院表示，将继续围绕“新一代信息技术”等战略性新兴产业集群和高技术领域的关键计量技术攻关需求，积极构建服务高质量发展的量值传递溯源体系和产业计量服务体系；在重大关键技术突破、产品中试、产业化应用等过程中发挥更大作用，持续推动区域、行业创新能力水平的整体跃升，助力推动光电子信息产业、新能源与智能网联汽车产业、北斗产业等湖北重点发展的战略性产业更高质量发展。 　　湖北省计量测试技术研究院是中共中央批准设立的国家级法定计量检定机构——中南国家计量测试中心的技术实体，是由湖北省人民政府依法设置、直属湖北省市场监督管理局领导的全省最高等级法定计量机构,也是具有第三方公正地位的社会公益型科研事业单位。

有望将电机系统运行效率提高2%—3% 　　近日，由湖南银河电气有限公司、湖南省计量检测研究院和国防科学技术大学联合研制的“变频功率标准源”在长沙通过鉴定。 　　当前，国内外变频功率标准源的输出电压、电流只能达到1000V、100A，且只有美国等几个少数国家拥有该项技术成果。针对国家电机节能重点工程、变频功率、变频能量计量等领域的技术难题。由上述合作单位研制的“变频功率标准源”，其输出电压、电流已达到10000V、500A，在电机低频率、低转速的情况下，输出频率可拓展至5Hz，成功解决了变频电机能量消耗的测量统一性问题。 　　以中国工程院张钟华院士为首的专家鉴定委员会一致认为：该项目研究的变频功率测量技术属当今国际计量领域的前沿课题，技术难度大。课题组采用数字合成、大功率放大、智能测控等技术，首次成功地研制出了变频大功率标准源，解决了目前其他国家无法解决的变频电量传感器、变频电量分析仪、变频高电压、变频大电流、变频电机效率等仪器设备、技术参数的量值溯源问题。解决了我国在节能减排等领域变频功率测量技术的瓶颈问题，研制的高电压、大电流变频功率标准源，填补了国内外空白，整体技术达到国际先进水平，其中的量程和频率范围等技术指标居国际领先水平。 　　该成果有助完善面向战略性新兴产业发展、民生改善以及其他重点领域的计量基本标准体系建设 可为国家“电机系统重点节能工程”的变频电机效率测试、电机试验和电机节能改造提供计量保障 有望在“十二五”期间，将电机系统运行效率提高2%—3%，达到年节电能力800亿千瓦时的目标。

会议现场 　　3月28日，科技部高技术中心组织专家对中科院半导体研究所承担的863新材料领域主题项目课题“高功率激光器产业化关键技术”进行了中期检查。 　　半导体所副所长陈弘达、项目首席专家林学春研究员、课题负责人侯玮研究员等参加了会议。检查专家来自清华大学、华南理工大学、北京大学等高校。 　　在听取了课题的进展报告，并现场考察了课题研制的高功率激光器样机后，检查专家一致认为该课题的执行情况良好，取得了重要进展，按照合同书的年度计划要求全部达到或超过了任务书的考核指标，并对下一步的工作给出了建议。

半导体封装是半导体产业链的重要组成部分。半导体制造工艺的进步也在推动封装企业不断追求技术革新，持续加大研发投资。在半导体产业强势发展下，半导体行业对半导体封装设备的质量、技术参数、稳定性等有严苛的要求，因此其中涉及的检测技术至关重要。基于此，仪器信息网于2022年4月28日举办了”半导体封装检测技术与应用“主题网络研讨会。本次会议上，田鸿昌老师做了题为《1200V碳化硅功率模块封装与应用》的报告。报告人：陕西半导体先导技术中心有限公司副总经理 田鸿昌报告题目：1200V碳化硅功率模块封装与应用视频回放链接：1200V碳化硅功率模块封装与应用_3i讲堂-仪器信息网 (instrument.com.cn)碳化硅器件在新能源发电、新能源汽车、轨道交通、充换电设施及工业电源等领域已逐步应用，基于碳化硅芯片封装形成的功率模块提高了电源装置系统的集成度与可靠性，可广泛应用于更复杂的场景。报告介绍了碳化硅电力电子产业发展情况、基于自主化碳化硅MOSFET和SBD芯片的功率模块封装与性能测试、碳化硅功率模块驱动与保护开发等。

世界上第一个太赫兹波段的行波光管放大器。 　　日前，国际首次太赫兹功率比对在德国柏林举行，参加比对的德、美、中3国的国家计量院采用不同的技术路线，取得的测量结果都能相互吻合。其中，中国计量院参加比对的太赫兹辐射计测量不确定度最小、响应度最高，标志着我国太赫兹辐射功率计量能力步入国际领先行列。 　　太赫兹介于红外和微波频段之间，是连接电子学和光子学的桥梁，在信息科学、材料科学、生物化学等许多领域具有重要应用价值和重大应用潜力。由于缺乏有效的测量方法和测量仪器，人们对于该频段的辐射特性了解甚少。随着太赫兹技术的发展和广泛应用，太赫兹辐射源、太赫兹探测器、太赫兹测量系统大量涌入市场。在高速宽带通信、功能材料研制、生物医学成像、机场港口安检、地沟油检测、危险化学品监测预警等许多领域的应用日益广泛。然而国际上缺少太赫兹相关参数测量标准，导致太赫兹产品的特性难以客观准确评估，无法科学评估并保障太赫兹研究和应用的有效性。 　　为解决这一问题，先进国家的计量院相继开展此方面的研究。如德国联邦物理技术研究院(PTB)利用低温辐射计率先实现了太赫兹功率溯源至国际单位制 美国标准技术研究院(NIST)利用碳纳米管作为吸收体实现了太赫兹辐射功率的测量 中国计量院利用自主研制发明的一种太赫兹超强吸收材料实现了太赫兹辐射功率的绝对测量和量值溯源。 　　为保障太赫兹计量量值准确可靠，2013年，德、美、中3国的国家计量院共同商定了比对方案和进程，对参比国家实验室提出了资格要求。以国际正式论文作为证明，经筛查后有4国的国家计量院符合参加条件，最终有能力参加比对的实验室仅有美国NIST、中国NIM和德国PTB3家，其中PTB为主导实验室。 　　中国计量院参比负责人、激光室副主任邓玉强博士介绍说，此次比对规定在2.52THz和0.762THz两个频率点下进行，3国参比实验室分别采用互不相同的技术路线复现量值，在同一地点一起进行现场实验测量。最终比对结果表明，3国的现场测量结果都能相互吻合，等效一致。中国计量院在比对的两个频率点均以最小的测量不确定度取得国际等效。 　　中国计量院参加此次国际比对所采用的太赫兹辐射计及其关键部件均由邓玉强和孙青2位副研究员自主研制发明，其中，太赫兹辐射计吸收材料的吸收带宽和吸收率均为目前国际最高水平，可实现100GHz到可见光波段辐射功率的高准确度测量，且响应光谱平坦。在PTB实验室的现场测量中，该太赫兹辐射计表现出卓越的性能，具有良好的重复性、稳定性和信噪比，非线性仅为0.4%，被德国国家计量院太赫兹辐射度实验室主任AndreasSteiger博士誉为&ldquo 具有德国产品的质量&rdquo 。 　　据了解，此次为国际首次太赫兹功率比对，被国际光度辐射度咨询委员会(CCPR)关键量比对工作组主席YoshiOhno博士认为是&ldquo 太赫兹计量领域的重大里程碑&rdquo ，将对今后的太赫兹科学研究和太赫兹技术推广应用起到积极的推进作用。 配备太赫兹量子级联激光器的纳米线探测器。 　　太赫兹量子级联激光器的研制难度大，对结构设计、材料生长和器件工艺均有很高的要求。 　　近日科学家们研发的一种能够检测光波的最新设备或能帮助打开电磁光谱的最后边界&mdash &mdash 太赫兹(Terahertz)光谱。

一个国际科学家联合小组设计了新的强大激光系统，该系统有上千个光纤激光(fiber lasers)的阵列组成，可以用来在实验室进行基础研究和更加广泛的应用，如质子治疗和原子核嬗变。 　　激光可以提供非常短暂的测量手段，可以精确到飞秒(10^-15)，瞬间释放的功率可以高达10^15瓦，是全球发电功率的上千倍。然而，阻碍高强度激光广泛应用的有两个方面：一是高强度激光通常每秒只能发出一个脉冲，而实际应用中则要求能提供上万次脉冲 二是高强度激光能量利用率非常低，输出的激光能量只是输入电能的很小一部分，大部分以热能的形式散发，在实际应用中要保持稳定的高功率输出是非常不经济的。 　　最新研发的这种&ldquo 光纤激光&rdquo 阵列不但能提供稳定的光脉冲，而且能量利用效率也大大提升。科学家可以利用它研制一种紧凑型粒子加速器(Compact accelerators)，可以在数厘米的距离上把粒子的能量提升到很高的水平，而传统的粒子加速器的加速距离则高达数公里。当今天的加速器体积做的越来越大，耗资越来越高的时候，这种用激光驱动的加速器会越来越受到青睐，或许新一代LHC会采用这种手段。 　　紧凑型加速器在医学领域也有很强的应用需求，可以用来对癌症病人进行质子治疗。在工业领域可以用来处理核反应堆生成的核废料，缩短放射性同位素的半衰期，从数十万年降低到几十年、甚至更短，大大减少了对环境的危害性。

波长调谐范围覆盖6-20μm的高重复频率（10 MHz）、高平均功率（10 mW）飞秒激光源具有重要的应用，由于大量分子在这个波段具有振动跃迁，因此有望用于痕量气体检测以及对由气体、液体或固体组成的复合系统进行与物理、化学或生物学相关的非侵入性诊断。但由于增益介质的缺乏，这些中红外源通常利用高功率近红外飞秒激光器驱动光学差频产生（DFG）来实现：近红外激光脉冲的一部分用作泵浦脉冲，另一部分采用非线性波长转换产生波长可调的信号脉冲，泵浦脉冲和信号脉冲之间的DFG产生可调谐的中红外脉冲。利用传统非线性光学手段产生的信号光脉冲能量较低，限制了中红外光源的功率，导致长波中红外飞秒光源无法广泛应用。针对该难点，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心L07组在长期开展基于超快激光脉冲产生及波长转换的基础上，利用自相位调制的光谱旁瓣滤波（SPM-enabled spectral selection，SESS）技术，基于高功率掺铒光纤激光器在高非线性光纤中得到了波长范围覆盖1.6-1.94μm、功率高达300mW（~10nJ）的信号脉冲，再与1.55μm的泵浦脉冲在GaSe晶体中差频得到了波长覆盖7.7-17.3μm的中红外激光脉冲，最大平均功率可达58.3mW。图1. 实验装置图实验装置如图1所示，前端为自制的高功率掺铒光纤激光器系统，重复频率为32MHz，经过啁啾脉冲放大后得到平均功率为4W、脉冲能量为125nJ、宽度为 290fs的脉冲。将激光脉冲分成两份，一份作为泵浦脉冲，另一份耦合到SESS光纤中进行光谱展宽。光纤输出处的展宽光谱由二向色镜分离，长通滤波器（图中的LPF1）将最右边的光谱旁瓣过滤出来作为信号脉冲。泵浦脉冲经过时间延迟线与信号脉冲在时间上重合后聚焦到GaSe晶体上，光斑大小约为50μm。再通过另一个截止波长为4.5μm的长通滤波器，生成的中红外光束经焦距为75mm的90°离轴抛物面镜准直。利用校准的热敏功率计测量中红外脉冲的平均功率，傅里叶变换红外（FTIR）光谱仪来测量输出光谱。图2（a）为1mm-GaSe后输出光谱和功率，光谱范围为7.7-17.3μm，最大平均功率为30.4 mW。为了进一步提高输出功率，我们采用2mm厚的GaSe晶体，结果如图2（b）所示，整个光谱调谐范围内脉冲功率均大于10mW，最大平均功率达58.3mW。相比于以往基于掺镱光纤的中红外光源，本研究成果将DFG平均功率提高了一个数量级，并首次实验上观测到了工作在光参量放大机制下的高重频DFG过程。该高功率长波中红外光源基于结构紧凑的光纤激光器，可以用于实现中红外双光梳，从而推动中红外光梳在精密光谱学中的前沿应用。相关结果发表在最近的Optics Letters上（https://doi.org/10.1364/OL.482461），被选为Editor's Pick并成为当天下载量最多的5篇论文之一。图2. 在不同厚度GaSe后测量到的中红外光谱和功率:（a） 1mm-GaSe（b）2mm-GaSe。该工作得到了国家自然科学基金（批准号：No.62227822和62175255）、中国科学院国际交流项目（批准号：No. GJHZ1826）和国家重点研发计划（批准号：No. 2021YFB3602602）的支持。论文第一作者为物理所博士生刘洋，常国庆特聘研究员为通讯作者，赵继民、魏志义研究员也参与了该工作的设计和讨论。

从中国科学院长春光学精密机械与物理研究所了解到，由该所研究员王立军带领的课题组攻克了大功率半导体激光器关键核心技术，成功开发出千瓦量级、高光束质量、小型化的各种半导体激光光源，并将成为工业激光加工领域的新一代换代产品。 　　王立军对记者说，大功率半导体激光器是激光加工、激光医疗、激光显示等领域的核心光源和支撑技术之一。由于西方发达国家掌控着大功率半导体激光器关键核心技术，长期以来，我国工业用激光加工设备不得不依赖进口。 　　王立军介绍说，他们的团队历经数年努力，通过激光光束整形、激光合束等关键技术，实现了高光束质量半导体激光大功率输出。 　　据了解，日前由王立军团队承担的这项研究——“高密度集成、高光束质量激光合束高功率半导体激光关键技术及应用”荣获了2011年度国家技术发明奖二等奖。项目组已经开始与一汽集团和北车集团接洽，尝试将这项技术应用于汽车制造等领域。

我国云南楚雄拥有优越的自然生态资源，经济发展急需清洁能源支持。近日，京仪绿能公司和裕昆新能源在北京签约，京仪绿能中标裕昆新能源的云南楚雄4MW光伏电站的EPC总包服务，助力楚雄彝族自治州绿色发展。项目将应用京仪绿能自主知识产权JYNB-250KHE高效250kW光伏逆变器。 　　据介绍，太阳能电池产生的直流电必须通过逆变器转化成交流电才能用于民用和生产，转化过程中不可避免要损失一部分能源。大功率光伏逆变器占系统成本10%—15%，逆变器的能源转化效率决定了光伏发电系统投资回报率。目前国外龙头企业SMA占据该领域44%的市场份额，国内多数光伏企业依赖进口，进一步增加了本已高昂的发电成本。 　　今天举行的签约仪式上，京仪绿能自主知识产权JYNB-500KHE大功率高效500kW逆变器首次亮相，公司副总经理黄晓红表示，今年6月，该逆变器通过国家“金太阳”认证，包括环境测试、EMC测试、性能测试等。经检测最高转换效率为98.8%，居我国光伏太阳能行业首位。逆变器采用模块化设计理念，具有功率密度比高，结构紧凑、方便更换维护的竞争优势；其效率高、效率曲线陡峭，在国内已经发布的产品中优势明显；在进行暗室辐射和辐射抗干扰度测试等EMC测试中均一次性顺利通过，并且参数远低于行业标准。

1. 研究背景及意义碳化硅(SiC)是一种宽带隙(WBG)的半导体材料，目前已经显示出有能力满足前述领域中不断发展的电力电子的更高性能要求。在过去，硅(Si)一直是最广泛使用的功率开关器件的半导体材料。然而，随着硅基功率器件已经接近其物理极限，进一步提高其性能正成为一个巨大的挑战。我们很难将它的阻断电压和工作温度分别限制在6.5kV和175℃，而且相对于碳化硅器件它的开关速度相对较慢。另一方面，由SiC制成的器件在过去几十年中已经从不成熟的实验室原型发展成为可行的商业产品，并且由于其高击穿电压、高工作电场、高工作温度、高开关频率和低损耗等优势被认为是Si基功率器件的替代品。除了这些性能上的改进，基于SiC器件的电力电子器件有望通过最大限度地减少冷却要求和无源元件要求来实现系统的体积缩小，有助于降低整个系统成本。SiC的这些优点与未来能源转换应用中的电力电子器件的要求和方向非常一致。尽管与硅基器件相比SiC器件的成本较高，但SiC器件能够带来的潜在系统优势足以抵消增加的器件成本。目前SiC器件和模块制造商的市场调查显示SiC器件的优势在最近的商业产品中很明显，例如SiC MOSFETs的导通电阻比Si IGBT的导通电阻小四倍，并且在每三年内呈现出-30%的下降趋势。与硅同类产品相比，SiC器件的开关能量小10-20倍，最大开关频率估计高20倍。由于这些优点，预计到2022年，SiC功率器件的总市场将增长到10亿美元，复合年增长率(CAGR)为28%，预计最大的创收应用是在混合动力和电动汽车、光伏逆变器和工业电机驱动中。然而，从器件的角度来看，挑战和问题仍然存在。随着SiC芯片有效面积的减少，短路耐久时间也趋于减少。这表明在稳定性、可靠性和芯片尺寸之间存在着冲突。而且SiC器件的现场可靠性并没有在各种应用领域得到证明，这些问题直接导致SiC器件在电力电子市场中的应用大打折扣。另一方面，生产高质量、低缺陷和较大的SiC晶圆是SiC器件制造的技术障碍。这种制造上的困难使得SiC MOSFET的每年平均销售价格比Si同类产品高4-5倍。尽管SiC材料的缺陷已经在很大程度上被克服，但制造工艺还需要改进，以使SiC器件的成本更加合理。最近几年大多数SiC器件制造大厂已经开始使用6英寸晶圆进行生产。硅代工公司X-fab已经升级了其制造资源去适应6英寸SiC晶圆，从而为诸如Monolith这类无晶圆厂的公司提供服务。这些积极的操作将导致SiC器件的整体成本降低。图1.1 SiC器件及其封装的发展图1.1展示了SiC功率器件及其封装的发展里程碑。第一个推向市场的SiC器件是英飞凌公司在2001年生产的肖特基二极管。此后，其他公司如Cree和Rohm继续发布各种额定值的SiC二极管。2008年，SemiSouth公司生产了第一个SiC结点栅场效应晶体管（JFET），在那个时间段左右，各公司开始将SiC肖特基二极管裸模集成到基于Si IGBT的功率模块中，生产混合SiC功率模块。从2010年到2011年，Rohm和Cree推出了第一个具有1200V额定值的分立封装的SiC MOSFET。随着SiC功率晶体管的商业化，Vincotech和Microsemi等公司在2011年开始使用SiC JFET和SiC二极管生产全SiC模块。2013年，Cree推出了使用SiC MOSFET和SiC二极管的全SiC模块。此后，其他器件供应商，包括三菱、赛米控、富士和英飞凌，自己也发布了全SiC模块。在大多数情况下，SiC器件最初是作为分立元件推出的，而将这些器件实现为模块封装是在最初发布的几年后开发的。这是因为到目前为止分立封装的制造过程比功率模块封装要简单得多。另一个原因也有可能是因为发布的模块已经通过了广泛的标准JEDEC可靠性测试资格认证，这代表器件可以通过2000万次循环而不发生故障，因此具有严格的功率循环功能。而且分离元件在设计系统时具有灵活性，成本较低，而模块的优势在于性能较高，一旦有了产品就容易集成。虽然SiC半导体技术一直在快速向前发展，但功率模块的封装技术似乎是在依赖过去的惯例，这是一个成熟的标准。然而，它并没有达到充分挖掘新器件的潜力的速度。SiC器件的封装大多是基于陶瓷基底上的线接合方法，这是形成多芯片模块（MCM）互连的标准方法，因为它易于使用且成本相对较低。然而，这种标准的封装方法由于其封装本身的局限性，已经被指出是向更高性能系统发展的技术障碍。首先，封装的电寄生效应太高，以至于在SiC器件的快速开关过程中会产生不必要的损失和噪音。第二，封装的热阻太高，而热容量太低，这限制了封装在稳态和瞬态的散热性能。第三，构成封装的材料和元件通常与高温操作（200℃）不兼容，在升高的操作温度下，热机械可靠性恶化。最后，对于即将到来的高压SiC器件，承受高电场的能力是不够的。这些挑战的细节将在第二节进一步阐述。总之，不是器件本身，而是功率模块的封装是主要的限制因素之一，它阻碍了封装充分发挥SiC元件的优势。因此，应尽最大努力了解未来SiC封装所需的特征，并相应地开发新型封装技术去解决其局限性。随着社会的发展，环保问题与能源问题愈发严重，为了提高电能的转化效率，人们对于用于电力变换和电力控制的功率器件需求强烈[1, 2]。碳化硅（SiC）材料作为第三代半导体材料，具有禁带宽度大，击穿场强高、电子饱和速度大、热导率高等优点[3]。与传统的Si器件相比，SiC器件的开关能耗要低十多倍[4]，开关频率最高提高20倍[5, 6]。SiC功率器件可以有效实现电力电子系统的高效率、小型化和轻量化。但是由于SiC器件工作频率高，而且结电容较小，栅极电荷低，这就导致器件开关时，电压和电流变化很大，寄生电感就极易产生电压过冲和振荡现象，造成器件电压应力、损耗的增加和电磁干扰问题[7, 8]。还要考虑极端条件下的可靠性问题。为了解决这些问题，除了器件本身加以改进，在封装工艺上也需要满足不同工况的特性要求。起先，电力电子中的SiC器件是作为分立器件生产的，这意味着封装也是分立的。然而SiC器件中电压或电流的限制，通常工作在低功耗水平。当需求功率达到100 kW或更高时，设备往往无法满足功率容量要求[9]。因此，需要在设备中连接和封装多个SiC芯片以解决这些问题，并称为功率模块封装[10, 11]。到目前为止，功率半导体的封装工艺中，铝（Al）引线键合封装方案一直是最优的封装结构[12]。传统封装方案的功率模块采用陶瓷覆铜板，陶瓷覆铜板（Direct Bonding Copper，DBC）是一种具有两层铜的陶瓷基板，其中一层图案化以形成电路[13]。功率半导体器件底部一般直接使用焊料连接到DBC上，顶部则使用铝引线键合。底板（Baseplate）的主要功能是为DBC提供支撑以及提供传导散热的功能，并与外部散热器连接。传统封装提供电气互连（通过Al引线与DBC上部的Cu电路键合）、电绝缘（使用DBC陶瓷基板）、器件保护（通过封装材料）和热管理（通过底部）。这种典型的封装结构用于目前制造的绝大多数电源模块[14]。传统的封装方法已经通过了严格的功率循环测试（2000万次无故障循环），并通过了JEDEC标准认证[15]。传统的封装工艺可以使用现有的设备进行，不需要额外开发投资设备。传统的功率模块封装由七个基本元素组成，即功率半导体芯片、绝缘基板、底板、粘合材料、功率互连、封装剂和塑料外壳，如图1.2所示。模块中的这些元素由不同的材料组成，从绝缘体、导体、半导体到有机物和无机物。由于这些不同的材料牢固地结合在一起，为每个元素选择适当的材料以形成一个坚固的封装是至关重要的。在本节中，将讨论七个基本元素中每个元素的作用和流行的选择以及它们的组装过程。图1.2标准功率模块结构的横截面功率半导体是功率模块中的重要元素，通过执行电气开/关开关将功率从源头转换到负载。标准功率模块中最常用的器件类型是MOSFETs、IGBTs、二极管和晶闸管。绝缘衬底在半导体元件和终端之间提供电气传导，与其他金属部件（如底板和散热器）进行电气隔离，并对元件产生的热量进行散热。直接键合铜（DBC）基材在传统的电源模块中被用作绝缘基材，因为它们具有优良的性能，不仅能满足电气和热的要求，而且还具有机械可靠性。在各种候选材料中，夹在两层铜之间的陶瓷层的流行材料是Al2O3，AlN，Si2N4和BeO。接合材料的主要功能是通过连接每个部件，在半导体、导体导线、端子、基材和电源模块的底板之间提供机械、热和电的联系。由于其与电子组装环境的兼容性，SnPb和SnAgCu作为焊料合金是最常用的芯片和基片连接材料。在选择用于功率模块的焊料合金时，需要注意的重要特征是：与使用温度有关的熔化温度，与功率芯片的金属化、绝缘衬底和底板的兼容性，高机械强度，低弹性模量，高抗蠕变性和高抗疲劳性，高导热性，匹配的热膨胀系数（CTE），成本和环境影响。底板的主要作用是为绝缘基板提供机械支持。它还从绝缘基板上吸收热量并将其传递给冷却系统。高导热性和低CTE（与绝缘基板相匹配）是对底板的重要特性要求。广泛使用的底板材料是Cu，AlSiC，CuMoCu和CuW。导线键合的主要作用是在模块的功率半导体、导体线路和输入/输出终端之间进行电气连接。器件的顶面连接最常用的材料是铝线。对于额定功率较高的功率模块，重铝线键合或带状键合用于连接功率器件的顶面和陶瓷基板的金属化，这样可以降低电阻和增强热能力。封装剂的主要目的是保护半导体设备和电线组装的组件免受恶劣环境条件的影响，如潮湿、化学品和气体。此外，封装剂不仅在电线和元件之间提供电绝缘，以抵御电压水平的提高，而且还可以作为一种热传播媒介。在电源模块中作为封装剂使用的材料有硅凝胶、硅胶、聚腊烯、丙烯酸、聚氨酯和环氧树脂。塑料外壳（包括盖子）可以保护模块免受机械冲击和环境影响。因为即使电源芯片和电线被嵌入到封装材料中，它们仍然可能因处理不当而被打破或损坏。同时外壳还能机械地支撑端子，并在端子之间提供隔离距离。热固性烯烃（DAP）、热固性环氧树脂和含有玻璃填料的热塑性聚酯（PBT）是塑料外壳的最佳选择。传统电源模块的制造过程开始于使用回流炉在准备好的DBC基片上焊接电源芯片。然后，许多这些附有模具的DBC基板也使用回流焊工艺焊接到一个底板上。在同一块底板上，用胶水或螺丝钉把装有端子的塑料外壳连接起来。然后，正如前面所讨论的那样，通过使用铝线进行电线连接，实现电源芯片的顶部、DBC的金属化和端子之间的连接。最后，用分配器将封装材料沉积在元件的顶部，并在高温下固化。前面所描述的结构、材料和一系列工艺被认为是功率模块封装技术的标准，在目前的实践中仍被广泛使用。尽管对新型封装方法的需求一直在持续，但技术变革或采用是渐进的。这种对新技术的缓慢接受可以用以下原因来解释。首先，人们对与新技术的制造有关的可靠性和可重复性与新制造工艺的结合表示担忧，这需要时间来解决。因此，考虑到及时的市场供应，模块制造商选择继续使用成熟的、广为人知的传统功率模块封装技术。第二个原因是传统电源模块的成本效益。由于传统电源模块的制造基础设施与其他电子器件封装环境兼容，因此不需要与开发新材料和设备有关的额外成本，这就大大降低了工艺成本。尽管有这些理由坚持使用标准的封装方法，但随着半导体趋势从硅基器件向碳化硅基器件的转变，它正显示出局限性并面临着根本性的挑战。使用SiC器件的最重要的优势之一是能够在高开关频率下工作。在功率转换器中推动更高的频率背后的主要机制是最大限度地减少整个系统的尺寸，并通过更高的开关频率带来的显著的无源尺寸减少来提高功率密度。然而，由于与高开关频率相关的损耗，大功率电子设备中基于硅的器件的开关频率通常被限制在几千赫兹。图1.3中给出的一个例子显示，随着频率的增加，使用Si-IGBT的功率转换器的效率下降，在20kHz时已经下降到73%。另一方面，在相同的频率下，SiC MOSFET的效率保持高达92%。从这个例子中可以看出，硅基器件在高频运行中显示出局限性，而SiC元件能够在更高频率下运行时处理高能量水平。尽管SiC器件在开关性能上优于Si器件对应产品，但如果要充分利用其快速开关的优势，还需要考虑到一些特殊的因素。快速开关的瞬态效应会导致器件和封装内部的电磁寄生效应，这正成为SiC功率模块作为高性能开关应用的最大障碍。图1.3 Si和SiC转换器在全额定功率和不同开关频率下的效率图1.4给出了一个半桥功率模块的电路原理图，该模块由高低两侧的开关和二极管对组成，如图1.4所示，其中有一组最关键的寄生电感，即主开关回路杂散电感(Lswitch)、栅极回路电感(Lgate)和公共源电感(Lsource)。主开关回路杂散电感同时存在于外部电源电路和内部封装互连中，而外部杂散电感对开关性能的影响可以通过去耦电容来消除。主开关回路杂散电感(Lswitch)是由直流+总线、续流二极管、MOSFET(或IGBT)和直流总线终端之间的等效串联电感构成的。它负责电压过冲，在关断期间由于电流下降而对器件造成严重的压力，负反馈干扰充电和向栅极源放电的电流而造成较慢的di/dt的开关损失，杂散电感和半导体器件的输出电容的共振而造成开关波形的振荡增加，从而导致EMI发射增加。栅极环路电感(Lgate)由栅极电流路径形成，即从驱动板到器件的栅极接触垫，以及器件的源极到驱动板的连接。它通过造成栅极-源极电压积累的延迟而降低了可实现的最大开关频率。它还与器件的栅极-源极电容发生共振，导致栅极信号的震荡。结果就是当我们并联多个功率芯片模块时，如果每个栅极环路的寄生电感不相同或者对称，那么在开关瞬间将产生电流失衡。共源电感(Lsource)来自主开关回路和栅极回路电感之间的耦合。当打开和关闭功率器件时，di/dt和这个电感上的电压在栅极电路中作为额外的（通常是相反的）电压源，导致di/dt的斜率下降，扭曲了栅极信号，并限制了开关速度。此外，共源电感可能会导致错误的触发事件，这可能会通过在错误的时间打开器件而损坏器件。这些寄生电感的影响在快速开关SiC器件中变得更加严重。在SiC器件的开关瞬态过程中会产生非常高的漏极电流斜率di/dt，而前面讨论的寄生电感的电压尖峰和下降也明显大于Si器件的。寄生电感的这些不良影响导致了开关能量损失的增加和可达到的最大开关频率的降低。开关瞬态的问题不仅来自于电流斜率di/dt，也来自于电压斜率dv/dt。这个dv/dt导致位移电流通过封装的寄生电容，也就是芯片和冷却系统之间的电容。图1.5显示了半桥模块和散热器之间存在的寄生电容的简化图。这种不需要的电流会导致对变频器供电的电机的可靠性产生不利影响。例如，汽车应用中由放电加工(EDM)引起的电机轴承缺陷会产生很大的噪声电流。在传统的硅基器件中，由于dv/dt较低，约为3 kV/µs，因此流经寄生电容的电流通常忽略不记。然而，SiC器件的dv/dt比Si器件的dv/dt高一个数量级，最高可达50 kV/µs，使通过封装电容的电流不再可以忽略。对Si和SiC器件产生的电磁干扰(EMI)的比较研究表明，由于SiC器件的快速开关速度，传导和辐射的EMI随着SiC器件的使用而增加。除了通过封装进入冷却系统的电流外，电容寄也会减缓电压瞬变，在开关期间产生过电流尖峰，并通过与寄生电感形成谐振电路而增加EMI发射，这是我们不希望看到的。未来的功率模块封装应考虑到SiC封装中的寄生和高频瞬变所带来的所有复杂问题和挑战。解决这些问题的主要封装级需要做到以下几点。第一，主开关回路的电感需要通过新的互连技术来最小化，以取代冗长的线束，并通过优化布局设计，使功率器件接近。第二，由于制造上的不兼容性和安全问题，栅极驱动电路通常被组装在与功率模块分开的基板上。应通过将栅极驱动电路与功率模块尽可能地接近使栅极环路电感最小化。另外，在平行芯片的情况下，布局应该是对称的，以避免电流不平衡。第三，需要通过将栅极环路电流与主开关环路电流分开来避免共源电感带来的问题。这可以通过提供一个额外的引脚来实现，例如开尔文源连接。第四，应通过减少输出端和接地散热器的电容耦合来减轻寄生电容中流动的电流，比如避免交流电位的金属痕迹的几何重叠。图1.4半桥模块的电路原理图。三个主要的寄生电感表示为Lswitch、Lgate和Lsource。图1.5半桥模块的电路原理图。封装和散热器之间有寄生电容。尽管目前的功率器件具有优良的功率转换效率，但在运行的功率模块中，这些器件产生的热量是不可避免的。功率器件的开关和传导损失在器件周围以及从芯片到冷却剂的整个热路径上产生高度集中的热通量密度。这种热通量导致功率器件的性能下降，以及器件和封装的热诱导可靠性问题。在这个从Si基器件向SiC基器件过渡的时期，功率模块封装面临着前所未有的散热挑战。图1.6根据额定电压和热阻计算出所需的总芯片面积在相同的电压和电流等级下，SiC器件的尺寸可以比Si器件小得多，这为更紧凑的功率模块设计提供了机会。根据芯片的热阻表达式，芯片尺寸的缩小，例如芯片边缘的长度，会导致热阻的二次方增加。这意味着SiC功率器件的模块化封装需要特别注意散热和冷却。图1.6展示了计算出所需的总芯片面积减少，这与芯片到冷却剂的热阻减少有关。换句话说，随着芯片面积的减少，SiC器件所需的热阻需要提高。然而，即使结合最先进的冷却策略，如直接冷却的冷板与针状翅片结构，假设应用一个70kVA的逆变器，基于DBC和线束的标准功率模块封装的单位面积热阻值通常在0.3至0.4 Kcm2/W之间。为了满足研究中预测的未来功率模块的性能和成本目标，该值需要低于0.2 Kcm2/W，这只能通过创新方法实现，比如双面冷却法。同时，小的芯片面积也使其难以放置足够数量的线束，这不仅限制了电流处理能力，也限制了热电容。以前对标准功率模块封装的热改进大多集中在稳态热阻上，这可能不能很好地代表开关功率模块的瞬态热行为。由于预计SiC器件具有快速功率脉冲的极其集中的热通量密度，因此不仅需要降低热阻，还需要改善热容量，以尽量减少这些快速脉冲导致的峰值温度上升。在未来的功率模块封装中，应解决因采用SiC器件而产生的热挑战。以下是未来SiC封装在散热方面应考虑的一些要求。第一，为了降低热阻，需要减少或消除热路中的一些封装层；第二，散热也需要从芯片的顶部完成以使模块的热阻达到极低水平，这可能需要改变互连方法，比如采用更大面积的接头；第三，封装层接口处的先进材料将有助于降低封装的热阻。例如，用于芯片连接和热扩散器的材料可以分别用更高的导热性接头和碳基复合材料代替。第四，喷射撞击、喷雾和微通道等先进的冷却方法可以用来提高散热能力。SiC器件有可能被用于预期温度范围极广的航空航天应用中。例如用于月球或火星任务的电子器件需要分别在-180℃至125℃和-120℃至85℃的广泛环境温度循环中生存。由于这些空间探索中的大多数电子器件都是基于类似地球的环境进行封装的，因此它们被保存在暖箱中，以保持它们在极低温度下的运行。由于SiC器件正在评估这些条件，因此需要开发与这些恶劣环境兼容的封装技术，而无需使用暖箱。与低温有关的最大挑战之一是热循环引起的大的CTE失配对芯片连接界面造成的巨大压力。另外，在室温下具有柔性和顺应性的材料，如硅凝胶，在-180℃时可能变得僵硬，在封装内产生巨大的应力水平。因此，SiC封装在航空应用中的未来方向首先是开发和评估与芯片的CTE密切匹配的基材，以尽量减少应力。其次，另一个方向应该是开发在极低温度下保持可塑性的芯片连接材料。在最近的研究活动中，在-180℃-125℃的极端温度范围内，对分别作为基材和芯片附件的SiN和Indium焊料的性能进行了评估和表征。为进一步推动我国能源战略的实施，提高我国在新能源领域技术、装备的国际竞争力，实现高可靠性碳化硅 MOSFET 器件中试生产技术研究，研制出满足移动储能变流器应用的多芯片并联大功率MOSFET 器件。本研究将通过寄生参数提取、建模、仿真及测试方式研究 DBC 布局、多栅极电阻等方式对芯片寄生电感与均流特性的影响，进一步提高我国碳化硅器件封装及测试能力。2. SiC MOSFET功率模块设计技术2.1 模块设计技术介绍在MOSFET模块设计中引入软件仿真环节，利用三维电磁仿真软件、三维温度场仿真软件、三维应力场仿真软件、寄生参数提取软件和变流系统仿真软件，对MOSFET模块设计中关注的电磁场分布、热分布、应力分布、均流特性、开关特性、引线寄生参数对模块电特性影响等问题进行仿真，减小研发周期、降低设计研发成本，保证设计的产品具备优良性能。在仿真基础上，结合项目团队多年从事电力电子器件设计所积累的经验，解决高压大功率MOSFET模块设计中存在的多片MOSFET芯片和FRD芯片的匹配与均流、DBC版图的设计与芯片排布设计、电极结构设计、MOSFET模块结构设计等一系列难题，最终完成模块产品的设计。高压大功率MOSFET模块设计流程如下：图2.1高压大功率MOSFET模块设计流程在MOSFET模块设计中，需要综合考虑很多问题，例如：散热问题、均流问题、场耦合问题、MOSFET模块结构优化设计问题等等。MOSFET芯片体积小，热流密度可以达到100W/cm2~250W/cm2。同时，基于硅基的MOSFET芯片最高工作温度为175℃左右。据统计，由于高温导致的失效占电力电子芯片所有失效类型的50%以上。随电力电子器件设备集成度和环境集成度的逐渐增加，MOSFET模块的最高温升限值急剧下降。因此，MOSFET模块的三维温度场仿真技术是高效率高功率密度MOSFET模块设计开发的首要问题。模块散热能力与众多因素有关：MOSFET模块所用材料的物理和化学性质、MOSFET芯片的布局、贴片的质量、焊接的工艺水平等。如果贴片质量差，有效散热面积小，芯片与DBC之间的热阻大，在模块运行时易造成模块局部过热而损坏。另外，芯片的排布对热分布影响也很大。下图4.2是采用有限元软件对模块内部的温度场进行分析的结果：图2.2 MOSFET模块散热分布分析在完成结构设计和材料选取后，采用ANSYS软件的热分析模块ICEPAK，建立包括铜基板、DBC、MOSFET芯片、二极管芯片以及包括铝质键合引线在内的相对完整的数值模拟模型。模拟实际工作条件，施加相应的载荷，得到MOSFET的温度场分布，根据温度场分布再对MOSFET内部结构和材料进行调整，直至达到设计要求范围内的最优。2.2 材料数据库对一个完整的焊接式MOSFET模块而言，从上往下为一个 8层结构：绝缘盖板、密封胶、键合、半导体芯片层、焊接层 1、DBC、焊接层 2、金属底板。MOSFET模块所涉及的主要材料可分为以下几种类型：导体、绝缘体、半导体、有机物和无机物。MOSFET模块的电、热、机械等性能与材料本身的电导率、热导率、热膨胀系数、介电常数、机械强度等密切相关。材料的选型非常重要，为此有必要建立起常用的材料库。2.3 芯片的仿真模型库所涉及的MOSFET芯片有多种规格，包括：1700V 75A/100A/125A；2500V/50A；3300V/50A/62.5A；600V/100A；1200V/100A；4500V/42A；6500V/32A。为便于合理地进行芯片选型（确定芯片规格及其数量），精确分析多芯片并联时的均流性能，首先为上述芯片建立等效电路模型。在此基础上，针对实际电力电子系统中的滤波器、电缆和电机负载模型，搭建一个系统及的仿真平台，从而对整个系统的电气性能进行分析预估。2.4 MOSFET模块的热管理MOSFET模块是一个含不同材料的密集封装的多层结构，其热流密度达到100W/cm2--250W/cm2，模块能长期安全可靠运行的首要因素是良好的散热能力。散热能力与众多因素有关：MOSFET模块所用材料的物理和化学性质、MOSFET芯片的布局、贴片的质量、焊接的工艺水平等。如果贴片质量差，有效散热面积小，芯片与DBC之间的热阻大，在模块运行时易造成模块局部过热而损坏。芯片可靠散热的另一重要因素是键合的长度和位置。假设散热底板的温度分布均匀，而每个MOSFET芯片对底板的热阻有差异，导致在相同工况时，每个MOSFET芯片的结温不同。下图是采用有限元软件对模块内部的温度场进行分析的结果。图2.3MOSFET模块热分布在模块完成封装后，采用FLOTHERM软件的热分析模块，建立包括铜基板、DBC、MOSFET芯片、二极管芯片以及包括铝质键合引线在内的相对完整的数值模拟模型。模拟实际工作条件，施加相应的载荷，得到MOSFET的温度场分布的数值解，为MOSFET温度场分布的测试提供一定的依据。2.5. 芯片布局与杂散参数提取根据MOSFET模块不同的电压和电流等级，MOSFET模块所使用芯片的规格不同，芯片之间的连接方式也不同。因此，详细的布局设计放在项目实施阶段去完成。对中低压MOSFET模块和高压MOSFET模块，布局阶段考虑的因素会有所不同，具体体现在DBC与散热底板之间的绝缘、DBC上铜线迹之间的绝缘以及键合之间的绝缘等。2.6 芯片互联的杂散参数提取MOSFET芯片并联应用时的电流分配不均衡主要有两种：静态电流不均衡和动态电流不均衡。静态电流不均衡主要由器件的饱和压降VCE（sat）不一致所引起；而动态电流不均衡则是由于器件的开关时间不同步引起的。此外，栅极驱动、电路的布局以及并联模块的温度等因素也会影响开关时刻的动态均流。回路寄生电感特别是射极引线电感的不同将会使器件开关时刻不同步；驱动电路输出阻抗的不一致将引起充放电时间不同；驱动电路的回路引线电感可能引起寄生振荡；以及温度不平衡会影响到并联器件动态均流。2.7 模块设计专家知识库通过不同规格MOSFET模块的设计－生产－测试－改进设计等一系列过程，可以获得丰富的设计经验，并对其进行归纳总结，提出任意一种电压电流等级的MOSFET模块的设计思路，形成具有自主知识产权的高压大功率MOSFET模块的系统化设计知识库。3. SiCMOSFET封装工艺3.1 封装常见工艺MOSFET模块封装工艺主要包括焊接工艺、键合工艺、外壳安装工艺、灌封工艺及测试等。3.1.1 焊接工艺焊接工艺在特定的环境下，使用焊料，通过加热和加压，使芯片与DBC基板、DBC基板与底板、DBC基板与电极达到结合的方法。目前国际上采用的是真空焊接技术，保证了芯片焊接的低空洞率。焊接要求焊接面沾润好，空洞率小，焊层均匀，焊接牢固。通常情况下．影响焊接质量的最主要因素是焊接“空洞”，产生焊接空洞的原因，一是焊接过程中，铅锡焊膏中助焊剂因升温蒸发或铅锡焊片熔化过程中包裹的气泡所造成的焊接空洞，真空环境可使空洞内部和焊接面外部形成高压差，压差能够克服焊料粘度，释放空洞。二是焊接面的不良加湿所造成的焊接空洞，一般情况下是由于被焊接面有轻微的氧化造成的，这包括了由于材料保管的不当造成的部件氧化和焊接过程中高温造成的氧化，即使真空技术也不能完全消除其影响。在焊接过程中适量的加人氨气或富含氢气的助焊气体可有效地去除氧化层，使被焊接面有良好的浸润性．加湿良好。“真空+气体保护”焊接工艺就是基于上述原理研究出来的，经过多年的研究改进，已成为高功率，大电流，多芯片的功率模块封装的最佳焊接工艺。虽然干式焊接工艺的焊接质量较高，但其对工艺条件的要求也较高，例如工艺设备条件，工艺环境的洁净程度，工艺气体的纯度．芯片，DBC基片等焊接表面的应无沾污和氧化情况．焊接过程中的压力大小及均匀性等。要根据实际需要和现场条件来选择合适的焊接工艺。3.1.2 键合工艺引线键合是当前最重要的微电子封装技术之一，目前90％以上的芯片均采用这种技术进行封装。超声键合原理是在超声能控制下，将芯片金属镀层和焊线表面的原子激活，同时产生塑性变形，芯片的金属镀层与焊线表面达到原子间的引力范围而形成焊接点，使得焊线与芯片金属镀层表面紧密接触。按照原理的不同，引线键合可以分为热压键合、超声键合和热压超声键合3种方式。根据键合点形状，又可分为球形键合和楔形键合。在功率器件及模块中，最常见的功率互连方法是引线键合法，大功率MOSFET模块采用了超声引线键合法对MOSFET芯片及FRD芯片进行互连。由于需要承载大电流，故采用楔形劈刀将粗铝线键合到芯片表面或DBC铜层表面，这种方法也称超声楔键合。外壳安装工艺：功率模块的封装外壳是根据其所用的不同材料和品种结构形式来研发的，常用散热性好的金属封装外壳、塑料封装外壳，按最终产品的电性能、热性能、应用场合、成本，设计选定其总体布局、封装形式、结构尺寸、材料及生产工艺。功率模块内部结构设计、布局与布线、热设计、分布电感量的控制、装配模具、可靠性试验工程、质量保证体系等的彼此和谐发展，促进封装技术更好地满足功率半导体器件的模块化和系统集成化的需求。外壳安装是通过特定的工艺过程完成外壳、顶盖与底板结构的固定连接，形成密闭空间。作用是提供模块机械支撑，保护模块内部组件，防止灌封材料外溢，保证绝缘能力。外壳、顶盖要求机械强度和绝缘强度高，耐高温，不易变形，防潮湿、防腐蚀等。3.1.3 灌封工艺灌封工艺用特定的灌封材料填充模块，将模块内组件与外部环境进行隔离保护。其作用是避免模块内部组件直接暴露于环境中，提高组件间的绝缘，提升抗冲击、振动能力。灌封材料要求化学特性稳定，无腐蚀，具有绝缘和散热能力，膨胀系数和收缩率小，粘度低，流动性好，灌封时容易达到模块内的各个缝隙，可将模块内部元件严密地封装起来，固化后能吸收震动和抗冲击。3.1.4 模块测试MOSFET模块测试包括过程测试及产品测试。其中过程测试通过平面度测试仪、推拉力测试仪、硬度测试仪、X射线测试仪、超声波扫描测试仪等，对产品的入厂和过程质量进行控制。产品测试通过平面度测试仪、动静态测试仪、绝缘/局部放电测试仪、高温阻断试验、栅极偏置试验、高低温循环试验、湿热试验，栅极电荷试验等进行例行和型式试验，确保模块的高可靠性。3.2 封装要求本项目的SiC MOSFET功率模块封装材料要求如下：（1）焊料选用需要可靠性要求和热阻要求。（2）外壳采用PBT材料，端子裸露部分表面镀镍或镀金。（3）内引线采用超声压接或铝丝键合（具体视装配图设计而定），功率芯片采用铝线键合。（4）灌封料满足可靠性要求，Tg150℃，能满足高低温存贮和温度循环等试验要求。（5）底板采用铜材料。（6）陶瓷覆铜板采用Si3N4材质。（7）镀层要求：需保证温度循环、盐雾、高压蒸煮等试验后满足外观要求。3.3 封装流程本模块采用既有模块进行封装，不对DBC结构进行调整。模块封装工艺流程如下图3.1所示。图3.1模块封装工艺流程（1）芯片CP测试：对芯片进行ICES、BVCES、IGES、VGETH等静态参数进行测试，将失效的芯片筛选出来，避免因芯片原因造成的封装浪费。（2）划片&划片清洗：将整片晶圆按芯片大小分割成单一的芯片，划片后可从晶圆上将芯片取下进行封装；划片后对金属颗粒进行清洗，保证芯片表面无污染，便于后续工艺操作。（3）丝网印刷：将焊接用的焊锡膏按照设计的图形涂敷在DBC基板上，使用丝网印刷机完成，通过工装钢网控制锡膏涂敷的图形。锡膏图形设计要充分考虑焊层厚度、焊接面积、焊接效果，经过验证后最终确定合适的图形。（4）芯片焊接：该步骤主要是完成芯片与 DBC 基板的焊接，采用相应的焊接工装，实现芯片、焊料和 DBC 基板的装配。使用真空焊接炉，采用真空焊接工艺，严格控制焊接炉的炉温、焊接气体环境、焊接时间、升降温速度等工艺技术参数，专用焊接工装完成焊接工艺，实现芯片、DBC 基板的无空洞焊接，要求芯片的焊接空洞率和焊接倾角在工艺标准内，芯片周围无焊球或堆焊，焊接质量稳定，一致性好。（5）助焊剂清洗：通过超声波清洗去除掉助焊剂。焊锡膏中一般加入助焊剂成分，在焊接过程中挥发并残留在焊层周围，因助焊剂表现为酸性，长期使用对焊层具有腐蚀性，影响焊接可靠性，因此需要将其清洗干净，保证产品焊接汉城自动气相清洗机采用全自动浸入式喷淋和汽相清洗相结合的方式进行子单元键合前清洗，去除芯片、DBC 表面的尘埃粒子、金属粒子、油渍、氧化物等有害杂质和污染物，保证子单元表面清洁。（6） X-RAY检测：芯片的焊接质量作为产品工艺控制的主要环节，直接影响着芯片的散热能力、功率损耗的大小以及键合的合格率。因此，使用 X-RAY 检测机对芯片焊接质量进行检查，通过调整产生 X 射线的电压值和电流值，对不同的焊接产品进行检查。要求 X 光检查后的芯片焊接空洞率工艺要求范围内。（7）芯片键合：通过键合铝线工艺，完成 DBC 和芯片的电气连接。使用铝线键合机完成芯片与 DBC 基板对应敷铜层之间的连接，从而实现芯片之间的并联和反并联。要求该工序结合芯片的厚度参数和表面金属层参数，通过调整键合压力，键合功率，键合时间等参数，并根据产品的绝缘要求和通流大小，设置合适的键合线弧高和间距，打线数量满足通流要求，保证子单元的键合质量。要求键合工艺参数设定合理、铝线键合质量牢固，键合弧度满足绝缘要求、键合点无脱落，满足键合铝线推拉力测试标准。（8）模块焊接：该工序实现子单元与电极、底板的二次焊接。首先进行子单元与电极、底板的焊接装配，使用真空焊接炉实现焊接，焊接过程中要求要求精确控制焊接设备的温度、真空度、气体浓度。焊接完成后要求子单元 DBC 基板和芯片无损伤、无焊料堆焊、电极焊脚之间无连焊虚焊、键合线无脱落或断裂等现象。（9）超声波检测：该工序通过超声波设备对模块 DBC 基板与底板之间的焊接质量进行检查，模块扫描后要求芯片、DBC 无损伤，焊接空洞率低于 5%。（10）外壳安装：使用涂胶设备进行模块外壳的涂胶，保证模块安装后的密封性，完成模块外壳的安装和紧固。安装后要求外壳安装方向正确，外壳与底板粘连处在灌封时不会出现硅凝胶渗漏现象。（11）端子键合&端子超声焊接：该工序通过键合铝线工艺，实现子单元与电极端子的电气连接，形成模块整体的电气拓扑结构；可以通过超声波焊接实现子单元与电极端子的连接，超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。超声波焊接具有高机械强度，较低的热应力、焊接质量高等优点，使得焊接具有更好的可靠性，在功率模块产品中应用越来越广泛。（12）硅凝胶灌封&固化：使用自动注胶机进行硅凝胶的灌封，实现模块的绝缘耐压能力。胶体填充到指定位置，完成硅凝胶的固化。要求胶体固化充分，胶体配比准确，胶体内不含气泡、无分层或断裂纹。4. 极端条件下的可靠性测试4.1 单脉冲雪崩能量试验目的：考察的是器件在使用过程中被关断时承受负载电感能量的能力。试验原理：器件在使用时经常连接的负载是感性的，或者电路中不可避免的也会存在寄生电感。当器件关断时，电路中电流会突然下降，变化的电流会在感性负载上产生一个应变电压，这部分电压会叠加电源电压一起加载在器件上，使器件在瞬间承受一个陡增的电压，这个过程伴随着电流的下降。图4.1 a）的雪崩能量测试电路就是测试这种工况的，被测器件上的电流电压变化情况如图4.1 b）。图4.1 a)雪崩能量测试电路图；b)雪崩能量被测器件的电流电压特性示意图这个过程中，电感上储存的能量瞬时全部转移到器件上，可知电流刚开始下降时，电感储存的能量为1/2*ID2*L，所以器件承受的雪崩能量也就是电感包含的所有能量，为1/2*ID2*L。试验目标：在正向电流ID = 20A下，器件单脉冲雪崩能量EAS1J试验步骤：将器件放入测试台，给器件施加导通电流为20A。设置测试台电感参数使其不断增加，直至器件的单脉冲雪崩能量超过1J。通过/失效标准：可靠性试验完成后，按照下表所列的顺序测试（有些测试会对后续测试有影响），符合下表要求的可认为通过。测试项目通过条件IGSS USLIDSS or IDSX USLVGS(off) or VGS(th)LSL USLVDS(on) USLrDS(on) USL (仅针对MOSFET)USL: upper specification limit, 最高上限值LSL: lower specification limit, 最低下限值4.2 抗短路能力试验目的：把样品暴露在空气干燥的恒温环境中，突然使器件通过大电流，观测元器件在大电流大电压下于给定时间长度内承受大电流的能力。试验原理：当器件工作于实际高压电路中时，电路会出现误导通现象，导致在短时间内有高于额定电流数倍的电流通过器件，器件承受这种大电流的能力称为器件的抗短路能力。为了保护整个系统不受误导通情况的损坏，系统中会设置保护电路，在出现短路情况时迅速切断电路。但是保护电路的反应需要一定的时长，需要器件能够在该段时间内不发生损坏，因此器件的抗短路能力对整个系统的可靠性尤为重要。器件的抗短路能力测试有三种方式，分别对应的是器件在不同的初始条件下因为电路突发短路（比如负载失效）而接受大电流大电压时的反应。抗短路测试方式一，也称为“硬短路”，是指IGBT从关断状态（栅压为负）直接开启进入到抗短路测试中；抗短路测试方式二，是指器件在已经导通有正常电流通过的状态下（此时栅压为正，漏源电压为正但较低），进入到抗短路测试中；抗短路测试方式三是指器件处于栅电压已经开启但漏源电压为负（与器件反并联的二极管处于续流状态，所以此时器件的漏源电压由于续流二极管的钳位在-0.7eV左右，，栅压为正），进入到抗短路测试中。可知，器件的抗短路测试都是对应于器件因为电路的突发短路而要承受电路中的大电流和大电压，只是因为器件的初始状态不同而会有不同的反应。抗短路测试方法一电路如图4.2，将器件直接加载在电源两端，器件初始状态为关断，此时器件承受耐压。当给器件栅电极施加一个脉冲，器件开启，从耐压状态直接开始承受一个大电流及大电压，考量器件的“硬”耐短路能力。图4.2 抗短路测试方法一的测试电路图抗短路测试方法二及三的测试电路图如图4.2，图中L_load为实际电路中的负载电感，L_par为电路寄生电感，L_sc为开关S1配套的寄生电感。当进行第二种抗短路方法测试时，将L_load下端连接到上母线（Vdc正极），这样就使L_sc支路与L_load支路并联。初态时，S1断开，DUT开通，电流从L_load和DUT器件上通过，开始测试时，S1闭合，L_load瞬时被短路，电流沿着L_sc和DUT路线中流动，此时电流通路中仅包含L_sc和L_par杂散电感，因此会有大电流会通过DUT，考察DUT在导通状态时承受大电流的能力。当进行第三种抗短路方法测试时，维持图4.2结构不变，先开通IGBT2并保持DUT关断，此时电流从Vdc+沿着IGBT2、L_load、Vdc-回路流通，接着关断IGBT2，那么D1会自动给L_load续流，在此状态下开启DUT栅压，DUT器件处于栅压开启，但漏源电压被截止状态，然后再闭合S1，大电流会通过L_sc支路涌向DUT。在此电路中IGBT2支路的存在主要是给D1提供续流的电流。图4.3 抗短路测试方法二和方法三的测试电路图1） 抗短路测试方法一：图4.2中Vdc及C1大电容提供持续稳定的大电压，给测试器件DUT栅极施加一定时间长度的脉冲，在被试器件被开启的时间内，器件开通期间处于短路状态，且承受了较高的耐压。器件在不损坏的情况下能够承受的最长开启时间定义为器件的短路时长（Tsc），Tsc越大，抗短路能力越强。在整个短路时长器件，器件所承受的能量，为器件的短路能量（Esc）。器件的抗短路测试考察了器件瞬时同时承受高压、高电流的能力，也是一种器件的复合应力测试方式。图4.2测试电路中的Vdc=600V，C1、C2、C3根据器件的抗短路性能能力决定，C1的要求是维持Vdc的稳定，C1的要求是测试过程中释放给被测器件的电能不能使C1两端的电压下降过大（5%之内可接受）。C2，C3主要用于给器件提供高频、中频电流，不要求储存能量过大。对C2、C3的要求是能够降低被测器件开通关断时造成的漏源电压振幅即可。图4.4 抗短路能力测试方法一的测试结果波形图4.4给出了某款SiC平面MOSFET在290K下，逐渐增大栅极脉冲宽度（PW）的抗短路能力测试结果。首先需要注意的是在测试过程中，每测量一个脉冲宽度的短路波形，需要间隔足够长的时间，以消除前一次短路测试带来的器件温度上升对后一次测试的器件初始温度的影响，保证每次测试初始温度的准确。从图中可以看出，Id峰值出现在1 μs和2 μs之间，随着开通时间的增加，Id呈现出先增加后减小的时间变化趋势。Id的上升阶段，是因为器件开启时有大电流经过器件，在高压的共同作用下，器件温度迅速上升，因为此时MOSFET的沟道电阻是一个负温度系数，所以MOSFET沟道电阻减小，Id则上升，在该过程中电流上升的速度由漏极电压、寄生电感以及栅漏电容的充电速度所决定；随着大电流的持续作用，器件整体温度进一步上升，器件此时的导通电阻变成正温度系数，器件的整体电阻将随温度增加逐渐增大，这时器件Id将逐渐减小。所以，整个抗短路能力测试期间，Id先增加后下降。此外，测试发现，当脉冲宽度增加到一定程度，Id在关断下降沿出现拖尾，即器件关断后漏极电流仍需要一定的时间才能恢复到0A。在研究中发现当Id拖尾到达约12A左右之后，进一步增大脉冲宽度，器件将损坏，并伴随器件封装爆裂。所以针对这款器件的抗短路测试，定义Tsc为器件关断时漏极电流下降沿拖尾到达10A时的脉冲时间长度。Tsc越长，代表器件的抗短路能力越强。测试发现，低温有助于器件抗短路能力的提升，原因是因为，低的初始温度意味着需要更多的时间才能使器件达到Id峰值。仿真发现，器件抗短路测试失效模式主要有两种：1、器件承受高压大电流的过程中，局部高温引起漏电流增加，触发了器件内部寄生BJT闩锁效应，栅极失去对沟道电流的控制能力，器件内部电流局部集中发生热失效，此时的表现主要是器件的Id电流突然上升，器件失效；2、器件温度缓慢上升时，导致器件内部材料性能恶化，比如栅极电极或者SiO2/Si界面处性能失效，主要表现为器件测试过程中Vgs陡降，此时，器件的Vds若未发生进一步损坏仍能承受耐压，只是器件Vgs耐压能力丧失。上述两种失效模式都是由于温度上升引起，所以要提升器件的抗短路能力就是要控制器件内部温度上升。仿真发现导通时最高温区域主要集中于高电流密度区域（沟道部分）及高电场区域（栅氧底部漂移区）。因此，要提升器件的抗短路能力，要着重从器件的沟道及栅氧下方漂移区的优化入手，降低电场峰值及电流密度，此外改善栅氧的质量将起到决定性的作用。2） 抗短路测试方法二：图4.5 抗短路能力测试方法二的测试结果波形如图4.5，抗短路测试方法二的测试过程中DUT器件会经历三个阶段：（1）漏源电压Vds低，Id电流上升：当负载被短路时，大电流涌向DUT器件，此时电路中仅包含L_sc和L_par杂散电感，DUT漏源电压较低，Vdc电压主要分布在杂散电感上，所以Id电流以di/dt=Vdc/（L_sc+L_par）的斜率开始上升。随着Id增加，因为DUT器件的漏源之间的寄生电容Cgd，会带动栅压上升，此时更加促进Id电流的增加，形成一个正循环，Id急剧上升。（2）Id上升变缓然后开始降低，漏源电压Vds上升：Id上升过程中，Vds漏源电压开始增加，导致Vdc分压到杂散电感上的电压降低，导致电流上升率di/dt减小，Id上升变缓，当越过Id峰值后，Id开始下降，-di/dt使杂散电感产生一个感应电压叠加在Vds上导致Vds出现一个峰值。Vds峰值在Id峰值之后。（3）Id、Vds下降并恢复：Id，Vds均下降恢复到抗短路测试一的高压高电流应力状态。综上所述，抗短路测试方法一的条件比方法一的更为严厉和苛刻。3） 抗短路测试方法三：图4.6 抗短路能力测试方法二的测试结果波形如图4.6，抗短路测试方法三的波形与方法二的波形几乎一致，仅仅是在Vds电压上升初期有一个小的电压峰（如图4.6中红圈），这是与器件发生抗短路时的初始状态相关的。因为方法三中器件初始状态出于栅压开启，Vds为反偏的状态，所以器件内部载流子是耗尽的。此时若器件Vds转为正向开通则必然发生一个载流子充入的过程，引发一个小小的电压峰，这个电压峰值是远小于后面的短路电压峰值的。除此以外，器件的后续状态与抗短路测试方法二的一致。一般来说，在电机驱动应用中，开关管的占空比一般比续流二极管高，所以是二极管续流结束后才会开启开关管的栅压，这种情况下，只需要考虑仅开关管开通时的抗短路模式，则第二种抗短路模式的可能性更大。然而，当一辆机车从山上开车下来，电动机被用作发电机，能量从车送到电网。续流二极管的占空比比开关管会更高一点，这种操作模式下，如果负载在二极管续流且开关管栅压开启时发生短路，则会进行抗短路测试模式三的情况。改进抗短路失效模式二及三的方法，是通过给开关器件增加一个栅极前钳位电路，在Id上升通过Cgd带动栅极电位上升时，钳位电路钳住栅极电压，就不会使器件的Id上升陷入正反馈而避免电流的进一步上升。试验目标：常温下，令Vdc=600V，通过控制Vgs控制SiC MOSFET的开通时间，从2μs开通时间开始以1μs为间隔不断增加器件的开通时间，直至器件损坏，测试过程中保留测试曲线。需要注意的是，在测试过程中，每测量一个脉冲宽度的短路波形，需要间隔足够长的时间，以消除前一次短路测试带来的器件温度上升对后一次测试的器件初始温度的影响，保证每次测试初始温度的准确。试验步骤：搭建抗短路能力测试电路。将器件安装与测试电路中，保持栅压为0。通过驱动电路设置器件的开通时间，给器件一个t0=2μs时间的栅源脉冲电压，使器件开通t0时间，观察器件上的电流电压曲线，判断器件是否能够承受2μs的短路开通并不损坏；如未损坏，等待足够长时间以确保器件降温至常温状态，设置驱动电路使器件栅源电压单脉冲时间增加1us，再次开通，观察器件是否能够承受3μs的短路开通并不损坏。循环反复直至器件发生损坏。试验标准：器件被打坏前最后一次脉冲时间长度即为器件的短路时长Tsc。整个短路时长期间，器件所承受的能量为器件的短路能量Esc。4.3 浪涌试验目的：把样品暴露在空气干燥的恒温环境中，对器件施加半正弦正向高电流脉冲，使器件在瞬间发生损坏，观测元器件在高电流密度下的耐受能力。试验原理：下面以SiC二极管为例，给出了器件承受浪涌电流测试时的器件内部机理。器件在浪涌应力下的瞬态功率由流过器件的电流和器件两端的电压降的乘积所决定，电流和压降越高，器件功率耗散就越高。已知浪涌应力对器件施加的电流信号是固定的，因此导通压降越小的器件瞬态功率越低，器件承受浪涌的能力越强。当器件处于浪涌电流应力下，电压降主要由器件内部寄生的串联电阻承担，因此我们可以通过降低器件在施加浪涌电流瞬间的导通电阻，减小器件功率、提升抗浪涌能力。a）给出了4H-SiC二极管实际浪涌电流测试的曲线，图4.7 a）曲线中显示器件的导通电压随着浪涌电流的上升和下降呈现出“回滞”的现象。图4.7 a）二极管浪涌电流的实测曲线； b）浪涌时温度仿真曲线浪涌过程中，器件的瞬态 I-V 曲线在回扫过程中出现了电压回滞，且浪涌电流越高，器件在电流下降和上升过程中的压降差越大，该电压回滞越明显。当浪涌电流增加到某一临界值时，I-V 曲线在最高压降处出现了一个尖峰，曲线斜率突变，器件发生了失效和损坏。器件失效后，瞬态 I-V 曲线在最高电流处出现突然增加的毛刺现象，电压回滞也减小。引起SiC JBS二极管瞬态 I-V 曲线回滞的原因是，在施加浪涌电流的过程中，SiC JBS 二极管的瞬态功率增加，但散热能力有限，所以浪涌过程中器件结温增加，SiC JBS 二极管压降也发生了变化，产生了回滞现象。在每次对器件施加浪涌电流过程中，随着电流的增加，器件的肖特基界面的结温会增加，当电流降低接近于0时结温才逐渐回落。在浪涌电流导通的过程中，结温是在积累的。由于电流上升和下降过程中的结温的差异，导致了器件在电流下降过程的导通电阻高于电流在上升过程中导通电阻。这使得电流下降过程 I-V 曲线压降更大，从而产生了在瞬态 I-V 特性曲线电压回滞现象。浪涌电流越高，器件的肖特基界面处的结温越高，因此导通电阻就越大，而回滞现象也就越明显。为了分析器件在 40 A 以上浪涌电流下的瞬态 I-V 特性变化剧烈的原因，使用仿真软件模拟了肖特基界面处温度随电流大小的变化曲线，如图4.7 b)所示，在 40 A 以上浪涌电流下，结温随浪涌电流变化非常剧烈。器件在 40 A 浪涌电流下，最高结温只有 358 K。但是当浪涌电流增加到60 A 时，最高结温已达1119 K，这个温度足以对器件破坏表面的肖特基金属，引起器件失效。图4.7 b)中还可以得出，浪涌电流越高，结温升高的变化程度就越大，56 A 和 60 A 浪涌电流仅相差 4 A，最高结温就相差 543 K，最高结温的升高速度远比浪涌电流的增加速度快。结温的快速升高导致了器件的导通电阻迅速增大，正向压降快速增加。因此，电流上升和下降过程中，器件的导通压降会更快速地升高和下降，使曲线斜率发生了突变。器件结温随着浪涌电流的增大而急剧增大，是因为它们之间围绕着器件导通电阻形成了正反馈。在浪涌过程中，随着浪涌电流的升高，二极管的功率增加，产生的焦耳热增加，导致了结温上升；另一方面，结温上升，导致器件的导通电阻增大，压降进一步升高。导通电压升高，导致功率进一步增加，使得结温进一步升高。因此器件的结温和电压形成了正反馈，致使结温和压降的增加速度远比浪涌电流的增加速度快。当浪涌电流增加到某一临界值时，触发这个正反馈，器件就会发生失效和损坏。长时间的重复浪涌电流会在外延层中引起堆垛层错生长，浪涌电流导致的自热效应会引起顶层金属熔融，使得电极和芯片之间短路，还会导致导通压降退化和峰值电流退化，并破坏器件的反向阻断能力。金属Al失效是大多数情况下浪涌失效的主要原因，应该使用鲁棒性更高的材料替代金属Al，以改善SiC器件的高温特性。目前MOS器件中，都没有给出浪涌电流的指标。而二极管、晶闸管器件中有这项指标。如果需要了解本项目研发的MOSFET器件的浪涌能力，也可以搭建电路实现。但是存在的问题是，MOS器件的导通压降跟它被施加的栅压是相关的，栅压越大，导通电阻越低，耐浪涌能力越强。如何确定浪涌测试时应该给MOSFET施加的栅压，是一个需要仔细探讨的问题。试验目标：我们已知浪涌耐受能力与器件的导通压降有关，但目前无法得到明确的定量关系。考虑到目标器件也没有这类指标的参考，建议测试时，在给定栅压下（必须确保器件能导通），对器件从低到高依次施加脉冲宽度为10ms或8.3ms半正弦电流波，直到器件发生损坏。试验步骤：器件安装在测试台上后，器件栅极在给定栅压下保持开启状态。通过测试台将导通电流设置成10ms或8.3ms半正弦电流波，施加在器件漏源极间。逐次增加正弦波的上限值，直至器件被打坏。试验标准：器件被打坏前的最后一次通过的浪涌值即为本器件在特定栅压下的浪涌指标值。以上内容给出了本项目研发器件在复合应力及极端条件下的可靠性测试方法，通过这些方法都是来自于以往国际工程经验和鉴定意见，可以对被测器件的可靠性有一个恰当的评估。但是，上述方法都是对测试条件和测试原理的阐述，如何通过测试结果来评估器件的使用寿命，并搭建可靠性测试条件与可靠性寿命之间的桥梁，就得通过可靠性寿命评估模型来实现。

4月21日，中国科学院条件保障与财务局在光电研究院组织召开了国家重大科研装备研制项目&ldquo 高功率纳秒激光器及精密探测仪器研制&rdquo 实施方案研讨暨项目启动会。会议由副局长曹凝主持，中科院副秘书长吴建国出席了会议并讲话，院内外10多位专家和项目监理组成员参加了会议。 　　项目负责人、光电院副院长樊仲维代表项目组作了汇报。曹凝介绍了本次会议的目的和要求，宣布项目正式启动，项目监理工作同步开展。与会专家重点就项目实施方案、研制计划、管理措施以及知识产权保护等方面进行了深入研讨，提出了许多宝贵的意见和建议。 　　吴建国在项目启动会上提出了三点要求：一是科研装备要研以致用。在项目目标设定和研制过程中，要加强与用户的沟通，提前做好需求分析，加快研制周期，确保装备研制成功后得到真正应用。二是要提高关键部件的国产化率。项目单位要敢于挑战，深入分析，加强关键部件的自主研制，真正实现打破禁运的目的。同时，要通过制定鼓励优先使用自主研制装备的政策，加大设备的扶持推广使用力度，不断检验和提升仪器设备的性能和指标，从而提升我国重大装备研制的自主创新能力。三是要多快好省，保质保量完成研制任务。要加强项目过程管理，充分发挥技术专家组和监理组的作用，及时发现问题并找到解决措施，全力攻关，力争实现项目资金使用效益最大化。

功率器件可靠性研究和失效分析的基本介绍邓二平（合肥工业大学 电气与自动化工程学院 230009）摘要：功率器件可靠性是器件厂商和应用方除性能参数外最为关注的，也是特性参数测试无法评估的，失效分析则是分析器件封装缺陷、提升器件封装水平和应用可靠性的基础。可靠性测试项目的规范性、严谨性和可追溯性，对于功率器件可靠性评估和失效分析至关重要，也是保障分析结果全面性、准确性和有效性的基础。本文结合团队多年的可靠性和失效分析研究的相关经验，对研究步骤等进行了基本介绍，旨在为行业的发展提供可能的参考。1、引言功率器件近年来在国内得到了大力发展，尤其是第三代半导体器件SiC MOSFET与新能源汽车应用的结合，迎来了功率器件国产化的重大发展机遇，包括芯片、封装、测试和设备等。而可靠性研究和失效分析则是器件封装后评估器件长期稳定运行的基础，对器件封装改进、可靠性评估等具有重要意义。本文结合团队多年的可靠性研究经验，主要介绍了进行功率器件可靠性研究和失效分析的一些基本步骤、原理和需要注意的事项等，具体测试电路请参考相应的测试标准（如IEC、MIL、JESD和AGQ等测试标准）。功率器件主要包括：Si IGBT/diode, Si MOSFET/diode, SiC MOSFET/diode, GaN器件，目前市场上比较成熟的产品还是以硅基为代表的IGBT器件，电压等级最高可到6500V，电流目前最大到3600A。随着使用开关频率的提升、能耗要求和基础材料的发展，SiC基的功率器件己逐渐成熟，典型的代表是SiC MOSFET，新能源汽车的800V平台正大量使用1200V的SiC MOSFET。进一步地，GaN工艺的不断成熟以及在射频领域的发展经验，目前600V左右的高频开关领域GaN器件非常有优势，尤其是车载充电机(OBC)。不同类型的功率器件具有不同的特性，因此在测试方法和细节上要有所区分，如SiC器件由于栅极的不稳定性以及GaN动态的快速性需要重点关注。2、测试项目分类功率器件的测试一般分为基本特性测试来表征器件性能优良、极限能力测试来评估器件的鲁棒性、可靠性测试来评估器件长期运行稳定性以及失效分析助力器件改进和优化升级，具体如下。2.1 基本特性测试主要包括：静态特性测试（以IGBT为例一般指饱和压降Vces，阈值电压Vgeth，集-射极漏电流Ices，栅-射极漏电流Iges，稳态热阻Rth等静态参数）和动态特性测试（一般指双脉冲测试，包括开通延时时间td(on)，下降时间tf等动态参数），其中动态特性测试还可包括安全工作区SOA的测试，有RBSOA和SCSOA。静态特性主要表征模块的一些基本性能参数，是表征模块优良的重要指标，如饱和压降Vces表征器件的导通能力，Vces越小，模块工作过程中的导通损耗越小，相同条件下温升越小。器件加速老化可靠性实验前必须进行模块的基本特性测试，尤其是静态特性测试，一方面确保被测器件功能的完整性，另一方面可用于老化后的对比分析，助力器件失效模式的分析。但一般在可靠性老化测试中不进行器件的动态特性测试，即使是进行栅极老化的高温栅偏实验，一方面是动态特性测试时间很短，封装的老化并不会影响器件的动态特性，另一方面器件的部分动态特性可通过Iges和Vgeth表征，甚至可进行栅极电容的测试来表征。2.2极限能力测试主要包括：短路能力测试、浪涌能力测试和极限关断能力测试，考核的是器件在极端工况下的能力，尤其是关断能力。如短路能力测试主要考核器件在短路(一般有3类短路情况)条件下器件的极限关断能力，一般为10µs能关断电流的数值，主要考核芯片的能力。浪涌能力则是考核反并联二极管抗浪涌能力，一般是10ms正弦半波的冲击，尤其是SiC MOSFET的体二极管非常重要，可能还会影响栅极的可靠性，由于时间较长，主要考核封装的水平。极限关断能力则是考核器件饱和状态下在毫秒级的关断能力，如电网用的直流断路器需要在3ms关断6倍的额定电流。从物理和传热学理论来看，短路测试虽然会有大量的能量产生，最终也是由于能量超过芯片极限而损坏，但由于测试时间非常短，反复的短路测试不会引起封装的老化，而浪涌能力和极限能力测试则将进一步影响封装的老化，是加速老化测试未来应该重点关注的测试。进一步地，极限能力是特种电源等极端应用时需要重要关注的测试。2.3可靠性测试主要包括：功率循环、温度循环、温度冲击、机械冲击、机械振动、高温栅偏、高温反偏、高温高湿反偏和高低温存储等，额外的还包括盐雾等测试。按照应力的来源区分其实可分为电应力加速老化和环境应力加速老化，从器件研发到量产以及应用过程中，需要经过大于10项可靠性测试，机械冲击、机械振动、温度存储等主要考核的是器件在运输或者存储过程中的可靠性，而最重要的测试主要有高温栅偏、高温反偏、高温高湿反偏、温度循环和功率循环。这些实验也是工业界和学术界研究最多，最复杂的测试，尤其是功率循环测试。通过上述加速老化实验，提前暴露器件在芯片设计、封装工艺、样品制备、运输存储、实际应用过程中可能存在的问题，一方面可为器件厂商提供改进建议，优化器件的性能并提高器件可靠性，另一方面可为器件的应用方提供技术指导以及实际产品设计和可靠性验证提供数据支撑。2.4失效分析主要包括：SAM超声波扫描分析、X-ray材料损伤检测分析、SEM电子显微镜分析、光学显微镜分析和有限元仿真分析。SAM超声波扫描分析主要是通过超声波对器件内部各层材料进行探伤，尤其是材料的界面处，当存在一个空洞时，返回的超声波能量和相序发生了变化，即可进行定位。X-ray则更多是用于材料本体探伤研究，多用于材料级的失效分析，SEM电子显微镜和光学显微镜也是一样，但光学显微镜需要打开模块才能对相应的位置进行深入探究。有限元仿真分析是一个除实验外最好的检测、分析和研究手段，通过实验测量数据的对比和修正，完全重现实验过程中器件内部的细节和薄弱点，也是失效分析最难和最为重要的环节。3、可靠性研究步骤可靠性研究的基本步骤如下图1所示，一般需要在可靠性测试前进行一些基本特性测试确保器件的性能以及方便与老化后的进行对比分析，然后进行加速老化等可靠性测试，再进行基本特性测试和失效分析，探究器件的失效模式和失效机理。为了进一步深入探究器件内部各层材料在可靠性测试过程中的应力分布情况，可采用SAM超声波扫描以及有限元分析方法配合进行相应的失效分析。上述可靠性测试中高温栅偏100%与芯片有关、高温反偏约80%情况与芯片有关，也有因为封装老化导致的退化、高温高湿反偏测试也是类似的情况，其他所有可靠性测试均与封装有关，尤其是热特性和机械特性有关。图1所示的基本步骤也只是通用的研究过程，对于具体的问题还需要进行特定的对待和分析。比如大部分情况在可靠性研究中是不会进行极限能力测试的，但如果要研究器件老化对极限能力的影响，则需要进一步考虑，包括多应力的耦合测试。图1 功率器件可靠性测试基本流程这里以Si基IGBT器件的功率循环为例简单介绍一下可靠性加速老化的基本流程和各项参数测试的必要性，如下图2所示。以Infineon公司1200V, 25A Easypack封装的IGBT器件为例进行功率循环的老化测试、寿命评估和失效机理研究等。第I步：确定研究对象，也就是FS25R12W1T4，此封装内有6个开关组成的三相全桥，如下图3所示。上桥臂的IGBT开关共用一个上铜层，下桥臂的IGBT开关均是独立的，这里以U相的下桥臂开关S2为例，减小热耦合影响。S2的上铜层面积与芯片面积相当，热扩散角小，导致散热条件相对较弱，热量会更集中于芯片焊料层。第II步：器件基本特性测试，包括常温下饱和压降Vces (@VGE=15V，Ic=25A，Tvj=25ºC)，阈值电压Vgeth (@VGE= VCE，Ic=0.8mA，Tvj=25ºC)，集-射极漏电流 Ices (@ VGE=0V，VCE=1200V， Tvj=25ºC)，栅-射极漏电流 Iges (@VCE=0V，VGE=20V，Tvj=25ºC)，具体条件来源于器件的数据表datasheet。需要说明的是，这里只测试了器件常温下的基本特性，一方面是用于判断器件的性能与好坏，另一方面用于老化后进行对比，常温下的数据即可满足要求。若测试过程中发现某个器件的某个参数超过datasheet里的规定值，则说明此器件是不良品，需要更换新的器件进行测试。进一步地，还可通过此数据来评估各器件间的一致性。第III步：SAM超声波扫描，通过专有设备如SAM301进行器件封装内部各层材料连接状态的检测和参照，将模块倒置于装有去离子水的设备中，超声波从器件的基板开始向下探测，可得到器件各层材料的二维平面图，如下图4所示。此模块没有系统焊接层，因此只展示了器件最薄弱的，也是可靠性测试最为关注和重要的芯片焊料层和芯片表面键合线连接状态，对于新器件而言，各层的连接状态良好。做完SAM后还有一个非常重要的一步，尤其是对于硅胶封装的模块，将模块拿出后必须倒置放置24小时以上，以充分晾干模块内的水分 。进一步地，还需要通过加热板或者恒温箱将器件放置在85ºC环境中至少半小时以上，更加充分的挥发模块内的残余水分以不影响模块的性能。对于TO封装的器件来说，尤其有环氧树脂的充分保护以及环氧树脂吸水性差等特点，加上放置时间很短以及没有高温作用等，可不进行此步骤，但做电学特性实验前必须保证器件表面己无明显水分。在进行热阻等测试前，还需要进行连线，最好通过焊锡连接，以确保连接的可靠性。图2 Si基IGBT器件功率循环测试基本流程 (a) 内部结构 (b) 等效电路图3 FS25R12W1T4模块的内部结构(a) 芯片焊料层 (b) 芯片表面键合线图4 FS25R12W1T4模块SAM超声波扫描结果第IV步：温度关系校准，对于功率器件而言，器件的结温是评估模块电学特性和热学特性最重要的参数，结温不仅可反映模块的散热能力，还可影响器件的电学特性，甚至是可靠性。现在方法中，只有电学参数法测量结温适用并广泛应用于器件可靠性测试中，如热阻测试、功率循环、高温反偏等测试。一般来说，对于低压器件，测量电流选择合适的话，温度校准曲线将呈现完美的线性关系，如下图5所示。可以看到4个器件的曲线均呈现很好地线性关系，虽然在截距上存在一定的差异，但斜率几乎一样，说明芯片的一致性好，此微小差异一般来源于热电源的位置或者加热源的差异，但这种小差异可忽略。图5 FS25R12W1T4的温度校准曲线@IM=100mA第V步：瞬态热阻抗Zth测试，在进行功率循环测试之前，一般为了获得模块内部芯片PN结到散热器甚至环境的热路径情况，以及用于与老化后的状态进行对比，以定位模块失效位置，需要进行瞬态热阻抗Zth测试。通过两次不同散热条件下Zth的测试，也称为瞬态双界面法，可直接获得模块结到壳的热阻值Rthjc，以评估模块的整体性能。将被测器件按功率循环测试的要求安装到测试设备的水冷散热器上，放置好热电偶以以测量相应位置的温度，如壳表面，散热器或环境温度。瞬态热阻抗测试其实相当于一次功率循环，通过给被测器件通过相应的测试电流以加热器件至热平衡状态，降温过程测量器件的结温变化。这里需要注意的是，测试电流越大，测量电路的信噪比越大，测试结果越好，但要保证器件的最大结温不能超过器件允许的最大结温。此器件测量得到的Zthjs如下图6所示，测试条件为升温时间ton=5s, 降温/测量时间toff=40s, 测试电流IL=25A, 水冷温度Tinlet=58ºC, 测量延时tMD=200µs。图6 FS25R12W1T4的瞬态热阻抗曲线，#40器件在功率循环前的结果第VI步：功率循环加速老化测试，做完Zth测试和所有准备工作后，即可进行功率循环的测试，本实验室的测试设备有3条测试支路，每条支路可串联4个器件，共计12个通道，实验过程可以用2条支路或者3条支路。本次测试的器件为4个，每条支路串联2个被测器件，先通过调节测试电流，使得所有器件的结温差在目标温度范围左右，然后再通过控制各个器件的栅极电压来达到精细化和逐点调节。进一步地，通过控制外部水冷的入口温度调整所有器件的最大结温在目标温度范围左右，然后再通过安装条件的修正来达到各个器件的精细化和逐点调节。最终得到的测试条件为升温时间ton=2s, 降温时间toff=2s, 测试电流IL=29.7A, 水冷温度Tinlet=58ºC, 最大结温Tjmax≈150ºC，结温差ΔTj≈90K，测量延时tMD=200µs。功率循环条件设置完成后，只需要在程序中设定相应的保护即可实现完全无人值守运行，保护变量一般应该包括电压Vce保护，电流IL保护，热阻Rth保护，结温Tj保护，水温Tc保护，电源输出保护等。设置完成后的程序运行界面如下图7所示，可看到4个器件的测试条件相应比较接近。值得注意的是，上述测试过程中设置了测量延时，这是由于在半导体器件电流关断时，载流子复合需要时间，尤其是双极性器件。在这个延时时间里，芯片的结温其实是持续下降的，这就导致我们在延时时间tMD后测量的结温并不是器件真正的最大结温，而存在一定的误差，需要通过一些方法进行修正，如根号t方法，具体这方面的内容需要参考相关论文。而此结温的误差将会导致器件的寿命数据存在一定的差异，需要通过现有的模型进行相应的修正。进一步地，我们也看到不可能使得所有器件的数据完全一致，达到我们的想要的测试条件，最终在进行寿命对比时，需将所有器件的条件均归一到同样的条件以保对比的公平性和数据的正确性，如下图8所示。图7 功率循环运行界面示意图图8 功率循环寿命数据第VII步：瞬态热阻抗Zth测试，当模块老化到一定程度或者达到失效判定条件后，需要停止功率循环测试，对其进行瞬态热阻抗测试，进一步准确定位老化位置。测试条件与功率循环前一致，下图8列举了#40器件在不同功率循环次数条件下的测试结果，可以看到，随着老化程度的增加，器件的热阻增加。进一步地，可以看到在模块功率循环前没有经过老化(No.68)时，整个曲线均较小，当老化到一定程度后(No.76888)，热阻增加不是非常明显，可以理解为裂纹的形成过程。当功率循环加速老化持续进行(No.91522)，这个过程为焊料裂纹生长过程，热阻增加非常明显。图9 #40器件功率循环前后Zthjs结果对比第VIII步：SAM超声波扫描，将功率循环测试后的器件，利用原有的参数设置进行SAM超声波扫描，通过对比可得到器件芯片焊料层和键合线的老化状态，利于器件的失效模式和失效机理研究。下图10展示的是#40功率循环老化后IGBT芯片焊料层和芯片表面键合线的连接状态，可以看到芯片焊料层出现了白点，有严重老化的迹象，这也与图9的结果相吻合。而键合线的状态由于焊料的老化，改变了超声波的路径，使得键合线的状态很难识别，从实验结果来看并没有发生严重的老化。(a) 芯片焊料层 (b) 芯片表面键合线图10 #40器件功率循环老化后的SAM结果值得说明的是，图中的S3和S6也出现了老化是因为之前做过不同ton的实验，但也可以看到S2和S6的老化程度和现象比较一致，更集中于中心区域，而S3则比较均匀，这是由于S3具有更大的散热面积，使得S3焊料的温度分布更均匀。这里想给大家展示的是如何通过SAM图来获得相应的老化信息，要有全局观念，要知道整个实验的计划、过程、细节和数据等，才能给出更为准确的结论。第IX步：器件特性参数测试，完成器件的SAM测试后，仍然要将器件放置干燥处理后才能进行相应的电气特性测试，采用相同的实验条件对上述参数进行测量。一般情况下，上述参数在功率循环老化后不会发生变化，SiC MOSFET由于栅极可靠性问题可能会存在一定程度的阈值电压偏移。同时，Si IGBT一般也会存在轻微的阈值电压偏移，而且是负偏移，但一般在5%以内，这也侧面说明利用阈值电压作为温敏参数可能存在的误差。一般器件的温敏关系约为-2mV/ºC，假定器件的初始阈值电压为5V，则电压偏移25mV，最终导致约12 ºC的误差。第X步：有限元仿真分析，没有仿真解释和验证的实验数据是不可信的，因为实验数据很大程度依据于测试人员、经验、测试方法、测试条件等各方面因素；而没有实验验证的仿真分析也是不可信的，能否解释实际现象很关键。因此，有限元仿真分析其实与实验是相辅相成的，仿真的第一步必然是建立仿真模型，并修正和验证仿真模型的有效性。对于功率循环来说，考核的主要是器件封装在往复周期性温度变化过程中的热应力，因此，模块的热流路径至关重要，可通过瞬态热阻抗来修正模型。下图11为仿真和实验获得的模块S2瞬态热阻抗曲线，仿真与实验结果有非常高的吻合度，最后的些许差异来源于不同的安装条件，从两个实验结果也可看到。图11 S2的瞬态热阻抗曲线对比实验验证后的有限元仿真模型就具备与真实器件相同的热流路径了，可以用来进行功率循环仿真分析。这里值得一提的是，对于功率循环的功率循环仿真分析，必须使用电-热耦合仿真，一方面是纯热仿真没有芯片的电热耦合作用，另一方面是纯热仿真没有键合线的自发热现象，这会导致仿真结果的偏差。这里以S2和S3的有限元仿真来进行说明，下图12为功率循环仿真的结温变化曲线，芯片的结温提取的是芯片表面平均温度，这是与VCE(T)方法获得的值最接近的表征。仿真所用的条件均来源于实验测量结果，仿真过程与实验测试过程一样，通过调整芯片的电导率来获得不同的功率最终达到相同的结温差，调整环境温度来达到相应最大结温。(a) S2在不同ton条件下仿真的结温曲线 (b) S3在不同Tjmax条件下仿真的结温曲线图12 仿真得到的结温曲线获得与实验相同的结温后就可以进行器件内部更为细致和全面的分析，下图13为S2和S3在相同的功率循环条件下芯片表面的温度分布，由于铜散热面积的差异，导致温度分布有所差异，最终导致失效位置发生了变化，如图10所示。因此，通过电气参数的测试可以知道器件的整体变化情况，但无法定位到具体位置，而通过SAM超声波扫描则可获得基本位置信息，但无法准确分析其原因以及产生的机理。最终通过有限元仿真可以得到器件内部更为细节的信息，实现对器件的失效机理研究和封装结构优化。但最为根本的是要把握器件的所有信息，结果能进行相互验证，缺一不可。(a) S2, ton=2s, ΔTj=89.5K和Tjmax=147.7˚C (b) S3, ton=2s, ΔTj=90.9K和Tjmax=152.1˚C图13 芯片表面温度分布4、总结上述以功率循环为例详细描述了需要进行的哪些实验、步骤和原理，严格按照上上述实验步骤再加上一些经验基本上就具备了全面分析功率器件老化失效的能力。但要达到更高水平，尤其是能在做实验过程中主动解决所有遇到的问题，还需要更为细致和深入的学习，其中最最最为核心的就是要把握每个测试的基本原理。只有把握了这些参数、测试的基本测试原理，逻辑思路和功率器件的基本物理过程，才能更深刻的理解一些问题，并解决实际中遇到的问题。主要参考文献[1] MIL-STD-883G, United State420_20220614.jpg" style="margin: 0px padding: 0px border: 0px max-width: 100% color: rgb(51, 51, 51) font-family: " hiragino="" sans="" microsoft="" helvetica="" text-align:="" text-indent:="" white-space:="" background-color:="" max-height:=""/

【科学背景】随着无线传感器网络在健康监测、环境监测和物联网（IoT）等应用中的重要性日益增加，如何有效供电成为一个关键问题。当前，许多传感器需要在难以接触的地方进行安装，例如用于空气质量、温度和湿度监测的传感器，这些传感器的电力需求通常无法依赖传统电池供给。因此，开发一种能够从环境中收集能量并转化为电力的技术成为了一个重要研究方向。在众多能源收集技术中，射频（RF）能量收集因其全天候可用、易于获取且可以与小型无线传感器网络集成的优点而备受关注。射频能量收集的关键挑战之一是如何在低功率条件下提高能量转换效率。尽管已有技术如肖特基二极管和隧道二极管在较高功率条件下表现出较高的效率，但在环境射频功率低于 -20 dBm 的情况下，这些技术的效率大幅降低，无法满足实际应用需求。此外，传统射频整流器面临热力学极限和高频寄生阻抗等问题，这些因素严重制约了其在低功率环境下的性能。为此，新加坡国立大学Hyunsoo Yang等科学家们致力于改进自旋整流器的性能。例如，作者的研究团队开发了一种新型的自旋整流器 rectenna，其在 -62 dBm 的射频功率下具有约 10,000 mV mW&minus 1 的高灵敏度，能够在弱且嘈杂的环境中有效收集射频能量。此外，作者还开发了一种基于片上共面波导的自旋整流器阵列，该阵列展示了约 34,500 mV mW&minus 1 的零偏灵敏度和 7.81% 的高效率。作者的研究解决了传统自旋整流器在低功率环境下效率低的问题，通过利用电压控制的磁各向异性（VCMA）驱动的自参量效应，显著提高了灵敏度和检测带宽。这一进展使得作者的自旋整流器可以在 -27 dBm 的低射频功率下为传感器提供无线供电，展现出良好的应用前景。【科学亮点】1. 实验首次展示了高灵敏度自旋整流器（SR）rectenna的应用：本文首次报道了一种具有高灵敏度的 SR rectenna，能够在 -62 dBm 的低射频功率下进行能量收集，达到约 10,000 mV mW&minus 1 的灵敏度。这种 SR rectenna 能够在弱且嘈杂的环境中有效捕获射频能量。2. 通过优化器件特性提升灵敏度：研究中指出，单个 SR 的灵敏度与其内在特性密切相关，包括垂直各向异性、器件几何形状和来自极化层的偶极场。这些因素共同定义了纳米磁体的能量景观，并促使低输入功率下的大角度磁化进动。此外，SR 的灵敏度还与磁隧道结（MTJ）的动态响应相关，尤其是零场隧道磁阻（TMR）和电压控制的磁各向异性（VCMA）系数对增强零偏置整流电压的作用。3. SR 阵列的自参量效应提升了性能：实验还显示了 SR 阵列在没有外部天线或匹配设置的情况下，通过 VCMA 驱动的自参量效应，增强了灵敏度和检测带宽。该 SR 阵列基础的能量收集模块（EHM）能够在 -27 dBm 的低射频功率下为商业传感器供电，展示了其在实际应用中的有效性和高效性。【科学图文】图1：利用自旋整流器Spin rectifiers，SRs的射频Radiofrequency，RF能量收集。图2： 自旋整流器SR整流天线的性能。图3： 宽带和谐振整流的调谐。图4：基于宽带低功率自旋整流器SR的能量收集器energy harvesting module，EHM。图5: 肖特基二极管、自旋整流器SR阵列和SR整流天线之间的整流性能比较。【科学启迪】本文的研究通过优化自旋整流器的设计，包括垂直各向异性和设备几何形状，研究成功实现了在极低射频功率下的高灵敏度检测。这表明，通过精细调控材料和结构特性，可以显著提高纳米尺度整流器的能量转换效率，从而扩展其在低功率环境下的应用范围。其次，本文引入了基于电压控制的磁各向异性（VCMA）的自参量效应，展示了在没有外部天线或匹配设置的情况下，如何通过自参量激发实现更高的灵敏度和更宽的检测带宽。这一发现不仅突破了传统射频整流器在低功率和复杂环境下的性能瓶颈，还为未来开发更高效的射频能量收集模块提供了新的思路。最后，本研究表明，基于自旋整流器的射频能量收集模块在实际应用中具有良好的性能，如在 -27 dBm 的低射频功率下为商业传感器供电。这表明这些整流器不仅具备高灵敏度和高效率，还具备良好的实际应用潜力，适合于未来无线传感器网络和物联网设备的集成与应用。原文详情：Sharma, R., Ngo, T., Raimondo, E. et al. Nanoscale spin rectifiers for harvesting ambient radiofrequency energy. Nat Electron (2024). https://doi.org/10.1038/s41928-024-01212-1

UT673PV专为光伏组件的功率和性能测试而设计，拥有光伏最大功率跟踪点测试能力，能同时显示多个参数，包括光伏组件的最大功率(Pmax)、峰值功率电压(Vmp)、峰值功率电流(Imp)、开路电压(Voc)及短路电流(Isc)等，从而帮助用户快速判断光伏组件的故障情况。此外，它还具有800W最大功率测试能力，可满足行业头部企业对于大功率双玻组件的测试需求。除了强大的功能，UT673PV还有许多令人惊喜的创新设计。其采用独特的MC4测试线连接方式，使得测量过程简洁方便。另一个特别之处在于它无需使用电池供电，而是通过光伏面板直接供电。这一设计不仅提高了测量的准确性，还大大降低了维护成本和对环境的影响。与此同时，产品还通过了CE(EMC、LVD)、cETLuS、RoHS认证，确保了UT673PV在安全性和可靠性方面的优异表现，让用户在使用过程中更加放心……以上种种功能与特点的加持，使其广泛应用于光伏面板生产、销售、验收、安装及维护等检测。产品特点√ 光伏最大功率跟踪点测试：最大功率(Pmax)、峰值功率电压(Vmp)、峰值功率电流(Imp)、开路电压(Voc)、短路电流(Isc)同时显示，快速判断光伏组件故障情况√ 800W最大功率测试，满足行业头部企业大功率双玻组件测试√ 体积小巧，手掌大小，方便携带√ MC4 测试线连接，测量方便可靠√ 无需电池供电，光伏面板直接供电√ CE(EMC、LVD)，cETLus，roHS认证，测量安全可靠√ 产品适用于光伏面板生产、销售、验收、安装、维护检测技术指标

7月20日，由中国科学院空天信息创新研究院（以下简称“空天院”）牵头承担的国家重大装备研制项目“高功率纳秒激光器及精密探测仪器研制”通过验收。验收会由中国科学院条件保障与财务局组织，成立了由姜会林院士、罗毅院士、江碧涛院士等13位技术、财务、档案专家组成的验收专家组，罗毅院士任组长。会上，验收专家组听取了项目总体报告、空间碎片探测应用示范汇报、汤姆逊散射诊断应用示范汇报、技术测试情况报告、财务验收情况报告、档案验收情况报告，审查了相关文档资料，通过视频了解仪器设备运行情况。经质询和讨论，验收专家组认为，该项目完成了项目实施方案规定的全部任务，实现了仪器的全部技术指标，达到了预期目标；研制工作取得了丰硕的成果，攻克了高功率纳秒激光器、远距离空间碎片激光探测和高精度等离子体汤姆逊散射诊断等关键技术；项目研制的两类激光器、空间碎片探测仪器和汤姆逊散射诊断仪器指标先进、为国家急需，意义重大。专家组同意项目通过验收。该项目由空天院牵头，参研单位包括中国科学院光电技术研究所、中国科学院国家天文台、中国科学技术大学、北京工业大学、同济大学和北京国科世纪激光技术有限公司。研制过程中项目团队突破了高稳定单频种子源、大口径侧泵模块、大尺寸板条模块、相位共轭镜、高损伤阈值膜层和自适应光学等核心技术与器件工艺，基于大口径棒状放大器和大尺寸板条放大器分别研制了100Hz／3．3J／9．1ns／1．83DL和200Hz／5．2J／11．8ns／2．3DL两类高功率纳秒激光器。已经申请89项国家发明专利，其中获得授权46项，相关技术完全自主可控，国产化率达95％以上。中国科学院国家天文台利用空天院提供的100Hz／3．3J激光器，成功研制了空间碎片探测仪器，在云南天文台开展了1000km空间碎片探测技术研究，在轨道高度1075km＊1050km上（斜距1274．3－2080．8km）首次实现了直径36 cm的小目标激光探测。中国科学技术大学利用空天院提供的200Hz／5．2J激光器，成功研制了汤姆逊散射诊断仪器，在中国科学技术大学反场箍缩磁约束聚变试验装置上开展了等离子体温度诊断技术研究，实现了空间分辨率5mm、时间分辨率5ms、等离子体密度下限10＾13／cm＾3的等离子体温度诊断。验收会前期，中国科学院条件保障与财务局分别组织专家完成了100Hz激光器及空间碎片探测仪器技术验收、200Hz激光器及汤姆逊散射诊断仪器技术验收以及项目整体技术验收、财务验收和档案验收。

p 　　由我国科学家自主研发的国内首台高平均功率太赫兹自由电子激光装置，日前在四川成都首次饱和出光。经第三方检测，实验真实可靠且装置运行稳定。我国太赫兹源从此正式进入自由电子激光时代。 /p p 　　8月29日，由中国工程物理研究院应用电子学研究所牵头的高平均功率太赫兹自由电子激光装置(CTFEL)首次饱和出光，并实现稳定运行。9月20日，经过专家组现场测试和中国兵器工业第205研究所第三方检测，CTFEL装置太赫兹频率在1.99THz、2.41THz和2.92THz三个频率点稳定运行，平均功率均大于10W，最高达到17.9W 微脉冲峰值功率均大于0.5MW，最高达到0.84MW。通过调节电子束能量和磁场强度，可以实现输出激光频率连续可调。 /p p 　　太赫兹(THz)辐射通常指频率在0.1THz—10THz区间的电磁辐射，波段位于微波和红外光之间，是人类尚未完全认识并很好加以利用的最后一个波(光)谱区间。物质的太赫兹光谱(包括发射、反射和透射)包含有丰富的物理和化学信息，研究有关物质在这一波段的光谱响应，探索其结构性质及其所揭示的新的物理内容已成为一个新的研究方向。自由电子激光(FEL)由于具有频率连续可调、功率大、线宽窄、方向性好、偏振强等优点，使得在同一台装置上实现太赫兹波段全覆盖的大功率理想太赫兹源成为了可能，故自由电子激光是目前该波段最有前途的高功率可调谐相干光源。 /p p 　　CTFEL装置是依托科技部支持的国家重大科学仪器设备开发专项“相干强太赫兹源科学仪器设备开发”项目，于2011年立项启动。作为一种新型相干强太赫兹光源，CTFEL装置在材料、生物医学等领域有着重要应用前景。 /p

硅基氮化镓横向功率器件因其低比导通电阻、高电流密度、高击穿电压和高开关速度等特性，已成为下一代高密度电力系统的主流器件之一，而且在电子消费产品中得到大规模应用。由于硅基氮化镓横向功率器件电气可靠性十分有限，主要表现在硬开关工作环境中的动态电阻退化效应，这给其在寿命要求较长的领域（如数据中心、基站等电源系统）应用带来了挑战，阻碍了其在ICT电源等大功率领域中的大规模应用。提升硅基氮化镓横向功率器件可靠性的难点在于如何准确测试出器件在长期高压大电流应力工作下的安全工作区，如何保证器件在固定失效率下的寿命。硅基氮化镓横向功率器件在高压大电流场景下的“可恢复退化”与“不可恢复退化”一直以来很难区分，这给器件安全工作区的识别和寿命评估带来了极大挑战。针对上述问题，中国科学院微电子研究所研究员刘新宇团队基于自主搭建的硅基氮化镓横向功率器件动态可靠性测试系统，从物理角度提出了硅基氮化镓横向功率器件开关安全工作区的新定义及表征方法。该技术能够表征硅基氮化镓横向功率器件开发中动态电阻增大的问题及其开发的硅基氮化镓横向功率器件对应的材料缺陷问题。相关研究成果以Characterization of Electrical Switching Safe Operation Area On Schottky-Type p-GaN Gate HEMTs为题发表在《IEEE电力电子学汇刊》（IEEE Transactions on Power Electronics）上 。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究项目以及北京市科学技术委员会项目等的支持。图 (a) 团队自主搭建的自动化硅基氮化镓横向功率器件动态可靠性研究平台；(b) 基于器件是否生成新陷阱的角度区分硅基氮化镓横向功率器件的“可恢复退化”与“不可恢复退化；。(c) 提出一种检测器件发生不可恢复退化的边界的测试方法，以此测试序列表征器件开关安全工作区；(d) 所测试的硅基氮化镓横向功率器件的开关安全工作区。

5月13日，长沙高新区功率半导体及集成电路产业迎来重磅扶持新政——《关于促进长沙高新区功率半导体及集成电路发展的若干政策》正式出炉，长沙高新区将以总额高达5000万元的扶持资金和16条惠企政策，提振企业发展信心，助力高新区功率芯片及集成电路优势产业集聚发展，打造功率芯片产业集群。“这是长沙高新区首次针对功率半导体及集成电路发展推出的新政，这16条惠企政策，我们希望能直达企业，不断激发企业发展的活力。”长沙高新区经济发展局相关负责人介绍。记者了解到，新政有“突出招大引强”“强化企业做大做强”“支持企业创新发展”“促进产业链生态融合”四大部分，将重点关注从事功率半导体及集成电路产业的各类企业和组织，支持集成电路设计和设备、功率半导体、第三代半导体及集成电路的行业融合应用，给予企业政策鼓励和真金白银扶持，以此实现园区高质量发展。新政明确，对实际到位资金额达到1亿元（含）以上的国内外功率半导体及集成电路企业落户长沙高新区，按其实收资本的2.5%给予一次性奖励，单个企业最高1000万元；功率半导体及集成电路领域的独角兽企业、领军企业、国家重大项目承担机构等在长沙高新区设立总部或者建设重大项目的，按照“一事一议”政策给予支持。新政支持关键领域企业规模化发展。对年度营收首次突破5000万元、1亿元、5亿元的功率半导体及集成电路设计服务类企业，分别给予50万元、100万元、200万元的一次性奖励，晋级补差；对年度营收首次突破1000万元、5000万元、1亿元、10亿元及50亿元的网络安全企业，分别给予10万元、50万元、100万元、500万元及1000万元的一次性奖励，晋级补差。据悉，长沙高新区功率半导体及集成电路产业，在芯片设计、材料、装备制造、封测等板块聚集了包括景嘉微、飞腾、长城银河在内的企业70余家，占全市一半以上。此外，长沙高新区是全国唯一实现CPU、GPU、DSP三大芯片设计国产自主的园区，拥有国家第三代半导体技术创新中心（湖南）、湖南省集成电路装备创新中心以及湖南三安、北京智芯、威胜信息共建的碳化硅联合实验室等诸多创新平台。相继引进了湖南三安、中电科48所（楚微半导体）、欧智通、金博股份等行业龙头。其中，湖南三安建设了全球第3条、全国第1条第三代半导体全产业链。

日前，中科院合肥物质科学研究院等离子体所依靠自主创新，经过近两年的努力，成功研制了具有国际先进水平的稳态高功率微波测试系统，其频率为4.6GHz，平均功率为250KW，并圆满完成了测试实验。 4.6GHz 250KW 测试系统 　　实验结果表明，等离子体所自主研制的该套稳态高功率微波测试系统，其测试功率达到了稳态的250KW(平均功率密度为14.78KW/cm2)，这在C频段(4-8GHz)内达到了世界先进水平。美国麻省理工学院的同类系统最高参数为250KW，但其脉冲长度仅为5秒 国内同类系统的平均功率仅几十千瓦。 　　其测试功能比国外的同类系统更加先进，它不仅可以测试速调管，还可以测试各种驻波情况下(包括满功率全反射条件下)的高功率微波器件，而国外同类系统只能测试处于匹配条件下的微波器件。参与测试实验的美、德专家组成员对该测试系统给予了高度评价，称其非常优秀(Excellent)。此外，国外的该类成套系统价格非常昂贵，如美国新大陆公司4.6GHz单套测试系统的报价近四千万元，而等离子体所自主研制的测试系统造价远低于其报价。 　　稳态高功率微波测试系统是开展托卡马克低杂波电流驱动实验研究的必要平台，但在国际上只被美、欧、俄、日等发达国家的速调管制造商和少数研究机构所拥有，且其相关技术均保密。等离子体所依靠自主创新成功研制出该系统，使得我国稳态高功率微波测试系统的研制及测试达到国际先进水平。同时，该系统成为国际高功率微波器件测试的平台，为等离子体所进一步广泛深入地参与国际合作奠定了坚实的基础。实验成功后，德国AFT(Advanced Ferrite Technology 德国先进铁氧体科技公司)公司专家Arnold当场表达了进一步与等离子体所开展合作的意愿。 250KW满功率稳态运行 　　更重要的是，该系统的成功研制为EAST国家大科学工程(二期)辅助加热项目子系统——4.6GHz/4MW低杂波系统的建设积累了经验。并且，该套系统的工作频率为4.6GHz，这与国际热核聚变实验堆(ITER)计划的低杂波系统频率5GHz非常接近，因此，该系统的成功研制将为ITER低杂波系统的研制提供重要的技术和人才储备。 　　成功研制该套系统的低杂波课题组是一支由十几位中青年科技人员组成的团队，包括三名研究员、三名副研究员及九名中初级科研人员和两名高级工，团队中有12位35岁以下的青年人才。该系统的研制让课题组成员得到了进一步的磨练和提高。美国CPI(Communications & Power Industries美国通讯电力工业公司)公司总工程师Steve对该团队能力称赞不已，并与课题组探讨团队的人才培养机制。 　　该团队同时承担着高功率测试系统研制及实验、4.6GHz/4MW低杂波系统研制、2.45GHz低杂波系统升级、EAST及HT-7实验等多项繁重科研任务，为保证每一项科研任务都优质完成，课题组成员克服人手不足等多方面困难，坚持奉献精神，为科研事业付出了艰辛的努力。 实验人员现场讨论

前言 风电功率预测是指对未来一段时间内风电场所能输出的功率大小进行预测，以便安排调度计划。风功率预测意义重大：通过风功率预测系统的预测结果，电网调度部门可以合理安排发电计划，减少系统的旋转备用容量，提高电网运行的经济性；提前预测风功率的波动，合理安排运行方式和应对措施，提高电网的安全性和可靠性；对风电进行有效调度和科学管理，提高电网接纳风电的能力；指导风电场的计划检修，提高风电场运行的经济性。 测风塔系统测风塔系统是风功率预测重要组成部分，其包括：风塔、传感器、电源、数据处理存储装置、安全与保护装置和传输设备等。传感器分为风速传感器、风向传感器、温度传感器、气压传感器和湿度传感器等，用来测量指定的环境参数为风功率预测提供依据。其中风速风向传感器以机械式和超声波测量为主。机械式风速风向传感器造价低，但是也存在着非常明显的缺陷：风速升高或降低时，由于惯性作用，升速或减速慢；有活动部件，极易磨损，易受沙尘等恶劣天气的损耗，易受冰冻、雨雪干扰，需定期维护； 对于阵风测量精度低；启动风速阈值高；风杯受到的风压力正比于空气密度，空气密度的变化将会影响测量精度； 风速和风向分立式，需要单独拉线，成本增加；本地采集端需要数据采集器进行模拟量到数字量的转换，成本增加而超声波风速风向仪很好地解决了以上的不足，技术成熟，安装方便，同时数字接口输出，可以节省本地数据采集器的成本。 Lufft测风塔解决方案Lufft作为全球专业的气象传感器供应商，其提供的超声波传感器WS200-UMB和气象五参数WS500-UMB很好地满足地测风塔数据的要求。WS200-UMB可以安装在30米、50米、70米和80米测量风速和风向，而WS500-UMB安装在10米高度测量风速、风向、温度、湿度和气压等参数。本文将从组成、传感器、数据采集、供电、防雷和通讯等几个方面阐述。 系统组成根据规范要求，系统配置包括：传感器（4* WS200，1*WS500）、机箱、太阳能板、电池和支架等组成。其中机箱内含有：电源模块、太阳能控制器、数据采集模块、通信模块，防雷模块、开关和接线端子等部件。 Lufft测风塔系统框图 现场安装示意图 传感器参数气象五参数WS500-UMB可以测量风速、风向、温度、湿度、露点温度、空气密度和气压，并配备电子罗盘，修正真风向。同时输出测量质量，判别测量输出数据的有效性。超声风探头配备加热功能，供电允许的情况下，有效抵制结冰积雪。 WS200-UMB WS500-UMB Lufft超声风传感器和气象五参数，性能良好，提供的数据丰富，产品特色总结如下:数字接口输出，无需外接数据采集器进行模数转换，可以直接连接数字通信模块（光端机或DTU），降低成本；除基本数据外，气象五参数还可以输出空气密度和风速风向的标准偏差数据；配备电子罗盘，现场安装施工难度大，人为调正北指向误差大，可用设备自身的修正风向；通过配置传感器参数，可以通过预留的接口连接第三方降水传感器，数字接口统一输出；探头具备加热功能，供电允许的情况下，可以有效防止结冰引起传感器的无法测量的问题，保证数据的完整性；测风质量是Lufft产品特有的技术指标，是传感器自身在测量过程中，单位时间内测量的有效次数与总次数比值的百分比；其体现了测量数据的有效性，尤其是同一地点不同设备输出数据的差别比较大的情况下，判断孰优孰劣的有力依据。 数据采集存储由于Lufft的传感器都是RS485数字接口，可以采用总线模式连接到数据采集模块或通信模块。同时，数据的采集和存储相对比较简单，不需要专门的数据采集器，可以选择带多个RS485口和以太网口的RTU模块（存储功能可以定制）。通信协议可以使用市场主流的Modbus协议。