Reliability Assessment and Health Diagnostic Methods for SiC MOSFET Devices
Tid: Fr 2026-02-20 kl 10.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Bhanu Pratap Singh , Elkraftteknik
Opponent: Professor Francesco Iannuzzo, Politecnico di Torino, Torino, Italy
Handledare: Associate professor Staffan Norrga, Elkraftteknik; Professor Hans-Peter Nee, Elkraftteknik
QC 20260123
Abstract
Behovet av energieffektiva elektrifierade drivsystem har accelererat användningen av SiC-MOSFET-komponenter, vars prestandafördelar ofta inte kommer till sin rätt p.g.a. osäkerhet kring tillförlitlighet. Denna avhandling undersöker dessa frågor genom två kompletterande forskningsinriktningar. Den första fokuserar på den termomekaniska tillförlitligheten hos enkelsidigt kylda och dubbelsidigt kylda SiC-MOSFET-kapslingar med hjälp av finit-element-modellering (FEM) i programvaran COMSOL Multiphysics. Effekten av chipplacering, avancerade sammanfogningstekniker, löd- och sintermaterial samt distanser i koppar och molybden analyseras för att förstå temperaturfördelning, viskoplastisk töjning och lödskiktens livslängd under olika effektcyklingsförhållanden. Resultaten belyser viktiga konstruktionsavvägningar och identifierar kapslingskonfigurationer och -material som förbättrar både termisk och mekanisk prestanda.
Den andra delen av avhandlingen utvecklar experimentella diagnostiska metoder baserade på degraderingsdata insamlade från en effektcyklingsrigg. Kommersiellt tillgängliga SiC-MOSFET-komponenter i TO-247-3-kapsling degraderades med ström i både fram- och backriktningen, vilket möjliggjorde en detaljerad undersökning av backdiodens framspänningsreduktion, kapslingsrelaterad degradering och drift i ledtillståndet (RdsON). En kompenserad diagnostisk metod, baserad på RdsON, introduceras och valideras experimentellt för tillförlitlig detektion av kapslingsrelaterad degradering. Dessutom presenteras och valideras experimentellt en diagnostikmetod för tidig detektion av fel relaterade till bond-trådar.