|
碳化硅模塊主要難點可以分為兩大方面，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器件之間進行互連的方式，一般使用細金屬線，利用熱、壓力、超聲波等使金屬引線與基板焊盤緊密焊合，但在模塊中復雜的互聯結構會產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、開關速度快等特性，在實際應用中容易出現電壓過沖和振蕩現象，造成器件電壓應力、損耗增加和電磁干擾等問題。 因此在互連方面，目前正在從傳統的鋁線鍵合以及超聲焊接，逐步轉向鋁包銅線、銅線鍵合等方式，同時引線框架也采用銀燒結技術來代替傳統的鉛/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℃，但與此同時碳化硅功率模塊在相同功率等級下體積大幅降低，也就是功率密度較高，因此對散熱的要求其實反而更高了。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造成性能下降，加上封裝材料的熱膨脹系數失配等，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、降低結構層數等方式來提升散熱效率。 小結： 隨著碳化硅模塊產品大規模落地，新能源汽車應用案例的增多，碳化硅模塊會在不久的將來成為電動汽車的標配。根據賽米控的數據，采用全碳化硅模塊在最大開關頻率下能夠最多相比同規格硅基IGBT功率模塊降低85%的開關損耗。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，開關損耗更低，因此工作效率、工作開關頻率更高，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商采用單管并聯的方案來設計功率模塊。比如第一款大規模應用碳化硅功率器件的電動車型特斯拉Model 3上，采用了一種名為TPAK的封裝模塊并聯，在主驅逆變器功率模塊上共有24顆TPAK，采用單管并聯的方式排列，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。 |
