用于電動(dòng)汽車(chē)的功率半導體模塊設計

　　成本、可靠性和電子性能及熱性能都會(huì )受到封裝的直接影響。但是封裝的另外一個(gè)特性也變得越來(lái)越重要——即結構因數。由于OEM推動(dòng)了功率、效率、可升級性和可靠性要求的提升，因此，成本、重量、尺寸和電感都被要求降低。功率電子集成到電機和制冷設備中的能力日益提高，這帶來(lái)了很大的價(jià)值。傳統的電源模塊通常只能為緊湊型機電一體化提供非常有限的范圍，而且確實(shí)，如果選擇了這種解決方案，定制化電源模塊將會(huì )很快就變得更昂貴，也更加的死板。在這樣的功率水平下，我們認為分立式元件難于應用，或者真正可用的解決方案根本不能夠處理足夠的功率。最初被棄用的“分立式”方法現在要被主逆變器重新訪(fǎng)問(wèn)，因為需要電子元件和機機械元件更加緊湊的集成。

　　目前，在量產(chǎn)中的一種解決方案是采用超級TO-247封裝。搭載一個(gè)120A IGBT和二極管的AUIRGPS4067D1器件同時(shí)還允許可升級的解決方案，典型地，用來(lái)滿(mǎn)足30至80kW范圍主逆變器。與傳統TO-247封裝(如圖3所示)相比，專(zhuān)利型超級TO-247封裝具有一些獨有的特性：首先是采用一個(gè)夾子將部件附著(zhù)在散熱器上，除去了傳統TO-247封裝上出現的螺絲孔，將封裝內部的空間最大化，以容納最大可能的芯片。為了與芯片的大電流處理性能相配置，特有的切角引線(xiàn)實(shí)現了比傳統TO-247封裝高出30%的橫截面積，從而提高了他們的電流處理性能，并且使得器件運行溫度更低，有更少的寄生電感。切角橫截面同樣可以使器件能安裝到標準TO-247封裝里。封裝上，引腳之間的溝槽增加了爬電距離。最終，符合AEC-Q101的部件要經(jīng)受苛刻的最后測試程序，它包括了正方形RBSOA和100%箝位電感負載測試。

　　圖3：專(zhuān)利型超級TO-247封裝的優(yōu)勢

　　簡(jiǎn)化廠(chǎng)商成本和柵極驅動(dòng)要求的努力不斷推進(jìn)，客戶(hù)希望在其應用中降低并聯(lián)的IGBT和二極管的數量，因此要求大面積芯片的解決方案。由于最新的IGBT和二極管技術(shù)是基于超薄芯片技術(shù)，當你從超級TO-247這樣的傳統分立式封裝中搬出，構建、處理基至是測試這樣的半導體元件就會(huì )充滿(mǎn)挑戰?；谶@種原因，可以容納大的IGBT和二極管芯片的分立式封裝價(jià)值巨大，它們都完全經(jīng)過(guò)測試并且易于安裝。CooliRDIE就是正在開(kāi)發(fā)的解決方案這一。DBC封裝的殼內包括一個(gè)680V，300A IGBT和一個(gè)二極管對，每個(gè)芯片都具有可焊接前端金屬表面處理。圖4給出CooliRDIE封裝理念的概覽。

　　圖4：CooliRDIE封裝

　　整個(gè)無(wú)鉛CooliRDIE都是完全的動(dòng)態(tài)供應并經(jīng)過(guò)靜態(tài)測試，達到其卷帶封裝上的額定電流。這就使得客戶(hù)能夠采用一處標準的選擇并將機器安置到已經(jīng)準備好的帶焊盤(pán)準的基座上，處理300A的超薄IGBT和二極管產(chǎn)品。這一部件回流到基底，取代了與大功率模塊相關(guān)的線(xiàn)步驟。省去引線(xiàn)鍵合，提高了可靠性和良率，并且降低了成本、寄生電阻和電感。這些器件可采用兩種版本(正裝和倒裝芯片)，可以在一個(gè)單獨的基底上形成非常緊湊的半橋布局，無(wú)需復雜的布局模式(如圖5所示)。

　　圖5：采用CooliRDIE的緊湊型半橋構建

　　事實(shí)上，封裝兩端上的電子連接甚至還可以允許封裝用作總線(xiàn)，可以使用一些能夠快速升級的創(chuàng )新型的逆變器布局，如圖6所示。

　　圖6：采用CooliRDIE的可升級逆變器設計

　　將可焊接前端金屬增加到硅片上，意味著(zhù)芯片可以在兩面進(jìn)行焊接，因此去除了對于焊線(xiàn)的需求。這同樣還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，釋放出了傳統用于焊線(xiàn)的芯片頂部空間——而現在這種空間可用于冷卻。通過(guò)從兩面對部件進(jìn)行制冷的性能，可以將電流處理性能提升50%—或者確實(shí)降低相似工作點(diǎn)上的芯片尺寸，并進(jìn)而降低成本。如果無(wú)需雙面制冷，那么僅僅的增加一個(gè)頂端的散熱量就可以證明其在提高組裝的散熱性能方面非常有效，進(jìn)而可以幫助提升短時(shí)間峰值電流能力。