車規(guī)IGBT模塊封裝趨勢和SHAREX燒結(jié)銀應(yīng)用

電動(dòng)汽車近幾年的蓬勃發(fā)展帶動(dòng)了功率模塊封裝技術(shù)的更新迭代。

目前電動(dòng)汽車主逆變器功率半導(dǎo)體技術(shù)，代表著中等功率模塊技術(shù)的先進(jìn)水平；電動(dòng)車應(yīng)用對功率半導(dǎo)體（目前主要為IGBT）模塊的要求較高，總的來說：

高可靠性；高功率密度；成本優(yōu)勢

要想搞清楚并且形象化電動(dòng)汽車上用的功率模塊到底追求什么，不妨先看看現(xiàn)在市場上應(yīng)用的狀況，正所謂八仙過海，各顯神通。

目前汽車廠商主流的幾種模塊應(yīng)用解決方案，大概分為以下幾種：

分立器件 ；1 in 1；2in1 ；6in1；All in 1（這里4in1主逆變器用的少，先不說）下邊，挨個(gè)說明

分立器件：典型案例：Tesla Model X等

設(shè)計(jì)非常經(jīng)典巧妙，IGBT單管夾在散熱水道兩邊，立體式設(shè)計(jì)節(jié)省空間；并且方便疊層母排布局，減小雜散電感；

優(yōu)點(diǎn)：成本低，集成度高，通用產(chǎn)品；

缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)復(fù)雜，熱阻較大，散熱效率不高


                                                          AS9375燒結(jié)銀




1 in 1：典型案例一 ：Tesla Model 3

比較新穎的封裝形式，1 in 1這個(gè)名字很奇怪，為什么這種封裝看起來像分立器件卻被稱為模塊，直接叫分立器件不就完了。其實(shí)這種說法的原因是其采用了模塊的封裝技術(shù)

Model 3 單個(gè)小模塊包含一個(gè)開關(guān)，內(nèi)部兩個(gè)SiC芯片并聯(lián)，使用時(shí)多個(gè)小模塊并聯(lián)

優(yōu)點(diǎn)：散熱效率高，設(shè)計(jì)布局靈活

缺點(diǎn)：量產(chǎn)工藝要求很高

典型案例二 ：德爾福Viper

雙面水冷散熱Viper讓德爾福在小型化上嘗到了不少甜頭，除了雙面水冷之外，這款模塊還取消了綁定線設(shè)計(jì)，提升了循環(huán)可靠性使用時(shí)，采用雙面水冷典型的夾心餅干散熱模式，非常誘人

2in1 模塊：包含兩種：

一種是灌膠模塊封裝，早期應(yīng)用較多，例如下邊這種，工業(yè)上也比較常見

第二種是塑封，也是國際上有經(jīng)驗(yàn)的廠商傾向于選擇的形式，一方面功率密度較大，便于小型化設(shè)計(jì)；另一方面具有一定的成本優(yōu)勢

早期使用單面間接水冷的半橋模塊，博世產(chǎn)品上可以看到，后續(xù)主要的發(fā)展方向是雙面水冷和單面直接水冷

以豐田普銳斯4代PCU為例，摒棄之前的All-in-1結(jié)構(gòu)，采用雙面水冷半橋模塊“插卡”式結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)巧妙的同時(shí)，極大提升散熱效率，由此提升系統(tǒng)功率密度

雙面水冷內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

優(yōu)點(diǎn): 結(jié)構(gòu)緊湊，散熱效率高，塑封的可靠性高
缺點(diǎn)：沒有集成散熱絕緣陶瓷，設(shè)計(jì)時(shí)跟散熱器之前需要加隔離墊片

6 in 1

目前應(yīng)用較廣泛的模塊，尤其是國內(nèi)汽車廠商，設(shè)計(jì)相對簡單

說到這，不能不提英飛凌的明星產(chǎn)品：HP Drive

Pin-Fin設(shè)計(jì)直接散熱底板，顯著提高功率模塊散熱效率，提高模塊的功率密度，再加上模塊化設(shè)計(jì)簡單，很快在汽車領(lǐng)域風(fēng)靡開來
優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)簡單，功率密度高，應(yīng)用門檻低
缺點(diǎn)：成本高
針對Pin-Fin針翅成本高的問題，模塊廠商正在開發(fā)低成本的直接水冷板，例如英飛凌的wave散熱底板，在成本和散熱性能之間做了折中

All in 1：典型應(yīng)用：豐田普銳斯系列

以普銳斯第三代PCU為例，這款電裝為豐田定制的功率系統(tǒng)，所有的IGBT和Diode被集成到一個(gè)AlN陶瓷板上，外觀上看像一個(gè)大的功率模塊

趨勢

1） 6 in 1模塊：雖然6In1模塊對汽車來說并不是較優(yōu)設(shè)計(jì)，但由于其設(shè)計(jì)應(yīng)用的方便性，在短期內(nèi)還將占據(jù)主流，技術(shù)上主要會(huì)在散熱技術(shù)和可靠性上下功夫。

改進(jìn)點(diǎn)：高導(dǎo)熱陶瓷材料的應(yīng)用，例如主流的Al2O3陶瓷更新Si3N4陶瓷

高導(dǎo)熱材料底板的應(yīng)用，例如高導(dǎo)熱系數(shù)鋁硅碳底板代替銅底板

銀燒結(jié)技術(shù)的使用（Die與DBC、DBC與散熱板）

銅綁定線乃至銅帶綁定技術(shù)


                                                          AS9395燒結(jié)銀膜
2） 雙面水冷封裝

雙面水冷封裝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)一方面提升散熱效率，另一方面夾心式的散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)易于拓展，同時(shí)，相對于硅膠灌封模塊，塑封的半橋模塊又具有一定的量產(chǎn)成本優(yōu)勢


相信未來一段時(shí)間會(huì)成為一個(gè)主流方向


3） 單面直接水冷封裝


丹佛斯在PCIM Europe 2017上展示的Shower Power 3D技術(shù)，據(jù)稱比Pin-Fin的散熱能力還要優(yōu)秀


4） 雙面直接水冷封裝


如日立的插式雙面水冷散熱，已在奧迪e-tron量產(chǎn)，理論上，這種形式的封裝散熱效果相對于單面直接水冷是顯而易見的


SHAREX善仁新材到底有多少款燒結(jié)銀產(chǎn)品？燒結(jié)銀是如何分類的？都具有哪些特點(diǎn)？現(xiàn)在總結(jié)如下，供大家參考：


一 包括9330半燒結(jié)銀膏；


二 9375無壓燒結(jié)銀；


三 9385有壓燒結(jié)銀；


四 9395有壓燒結(jié)銀膜；


五 CVF預(yù)燒結(jié)銀焊片。


汽車對功率模塊可靠性、功率密度的高要求，催生車規(guī)級模塊封裝技術(shù)的不斷進(jìn)步并量產(chǎn)落地，相信到碳化硅時(shí)代，適應(yīng)于碳化硅的采用SHAREX善仁新材燒結(jié)銀的新型封裝技術(shù)會(huì)成為一個(gè)新的方向。 作者：燒結(jié)銀膏 https://www.bilibili.com/read/cv24688369 出處：bilibili