車規(guī)IGBT模塊封裝趨勢和SHAREX燒結銀應用

電動汽車近幾年的蓬勃發(fā)展帶動了功率模塊封裝技術的更新迭代。

目前電動汽車主逆變器功率半導體技術，代表著中等功率模塊技術的先進水平；電動車應用對功率半導體（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，挨個說明

分立器件：典型案例：Tesla Model X等

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

優(yōu)點：成本低，集成度高，通用產(chǎn)品；

缺點：設計復雜，熱阻較大，散熱效率不高


                                                          AS9375燒結銀




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。其實這種說法的原因是其采用了模塊的封裝技術

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

優(yōu)點：散熱效率高，設計布局靈活

缺點：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計，提升了循環(huán)可靠性使用時，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，便于小型化設計；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結構，采用雙面水冷半橋模塊“插卡”式結構，設計巧妙的同時，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)部結構：

優(yōu)點: 結構緊湊，散熱效率高，塑封的可靠性高
缺點：沒有集成散熱絕緣陶瓷，設計時跟散熱器之前需要加隔離墊片

6 in 1

目前應用較廣泛的模塊，尤其是國內(nèi)汽車廠商，設計相對簡單

說到這，不能不提英飛凌的明星產(chǎn)品：HP Drive

Pin-Fin設計直接散熱底板，顯著提高功率模塊散熱效率，提高模塊的功率密度，再加上模塊化設計簡單，很快在汽車領域風靡開來
優(yōu)點：設計簡單，功率密度高，應用門檻低
缺點：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AlN陶瓷板上，外觀上看像一個大的功率模塊

趨勢

1） 6 in 1模塊：雖然6In1模塊對汽車來說并不是較優(yōu)設計，但由于其設計應用的方便性，在短期內(nèi)還將占據(jù)主流，技術上主要會在散熱技術和可靠性上下功夫。

改進點：高導熱陶瓷材料的應用，例如主流的Al2O3陶瓷更新Si3N4陶瓷

高導熱材料底板的應用，例如高導熱系數(shù)鋁硅碳底板代替銅底板

銀燒結技術的使用（Die與DBC、DBC與散熱板）

銅綁定線乃至銅帶綁定技術


                                                          AS9395燒結銀膜
2） 雙面水冷封裝

雙面水冷封裝技術的優(yōu)點一方面提升散熱效率，另一方面夾心式的散熱系統(tǒng)設計易于拓展，同時，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


相信未來一段時間會成為一個主流方向


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，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銀產(chǎn)品？燒結銀是如何分類的？都具有哪些特點？現(xiàn)在總結如下，供大家參考：


一 包括9330半燒結銀膏；


二 9375無壓燒結銀；


三 9385有壓燒結銀；


四 9395有壓燒結銀膜；


五 CVF預燒結銀焊片。


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