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碳化硅模塊主要難點(diǎn)可以分為兩大方面，一是引線鍵合、二是散熱。 引線鍵合是在一種在封裝中將多個(gè)器件之間進(jìn)行互連的方式，一般使用細(xì)金屬線，利用熱、壓力、超聲波等使金屬引線與基板焊盤緊密焊合，但在模塊中復(fù)雜的互聯(lián)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大的寄生電容或寄生電感。由于碳化硅器件具有高頻特性、柵極電荷低、開關(guān)速度快等特性，在實(shí)際應(yīng)用中容易出現(xiàn)電壓過沖和振蕩現(xiàn)象，造成器件電壓應(yīng)力、損耗增加和電磁干擾等問題。 因此在互連方面，目前正在從傳統(tǒng)的鋁線鍵合以及超聲焊接，逐步轉(zhuǎn)向鋁包銅線、銅線鍵合等方式，同時(shí)引線框架也采用銀燒結(jié)技術(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉛/錫合金焊。 在散熱方面，盡管碳化硅器件可以工作在更高的溫度，理論最高工作溫度可以超過500℃，但與此同時(shí)碳化硅功率模塊在相同功率等級(jí)下體積大幅降低，也就是功率密度較高，因此對(duì)散熱的要求其實(shí)反而更高了。即使是耐熱性能較好的碳化硅器件，在工作溫度過高的情況下也會(huì)造成性能下降，加上封裝材料的熱膨脹系數(shù)失配等，容易造成可靠性隱患。 所以目前在碳化硅模塊散熱上，通過優(yōu)化傳熱距離以及傳熱面積的封裝，來提高散熱性能，比如通過雙面散熱、降低結(jié)構(gòu)層數(shù)等方式來提升散熱效率。 小結(jié)： 隨著碳化硅模塊產(chǎn)品大規(guī)模落地，新能源汽車應(yīng)用案例的增多，碳化硅模塊會(huì)在不久的將來成為電動(dòng)汽車的標(biāo)配。根據(jù)賽米控的數(shù)據(jù)，采用全碳化硅模塊在最大開關(guān)頻率下能夠最多相比同規(guī)格硅基IGBT功率模塊降低85%的開關(guān)損耗。而即使相比碳化硅MOSFET單管，碳化硅模塊的工作效率也由于在封裝中的寄生電感更低，開關(guān)損耗更低，因此工作效率、工作開關(guān)頻率更高，可以幫助減少無源器件的尺寸，以及整體模塊的尺寸。 不過，在前面提到碳化硅模塊的兩種形式之外，也有車企以及電控供應(yīng)商采用單管并聯(lián)的方案來設(shè)計(jì)功率模塊。比如第一款大規(guī)模應(yīng)用碳化硅功率器件的電動(dòng)車型特斯拉Model 3上，采用了一種名為TPAK的封裝模塊并聯(lián)，在主驅(qū)逆變器功率模塊上共有24顆TPAK，采用單管并聯(lián)的方式排列，每顆TPAK封裝中有兩顆碳化硅MOSFET芯片，功率模塊整體有共48顆碳化硅MOSFET。 |
