汽車行業目前正在經曆一個重大的技術變革時期，這已經是個不爭的事實。過去100多年裏，內燃機引擎中都在使用燃油泵和活塞

，而現在正在被鋰離子電池、逆變器和IGBTsuoqudai。jianyanzhi，qichezhengzaibiandegengjiadianzihua。qichedediyicidianzihuakenengjinjinbeikanzuoshizengjiaqidianzihanliangdeyanlian
，huozaishiyingxianyoudefeiqichexitong(如高壓工業驅動器)，最zui終zhong適shi應ying汽qi車che中zhong的de應ying用yong。然ran後hou
，采cai用yong這zhe種zhong方fang法fa將jiang會hui大da大da低di估gu可ke能neng麵mian臨lin的de挑tiao戰zhan。在zai功gong率lv和he電dian壓ya等deng級ji方fang麵mian
，就jiu目mu前qian的de相xiang似si度du而er言yan
，它ta們men都dou與yu相xiang關guan的de工gong業ye離li線xian應ying用yong類lei似si。在zai汽qi車che世shi界jie裏li，空kong間jian和he重zhong量liang都dou受shou到dao限xian製zhi，而er且qie環huan境jing也ye很hen惡e劣lie
，0ppm(ppm=不合格品個數*1000000/批量)質量至關重要，而讓問題變得更加嚴重的是，純電動車(EV)中的能源供應是有限的，因此效率就成為關鍵所在。所以，我們還不能忽略對於低成本係統的需求，要與內燃機引擎(在過去幾十年裏，這一技術在魯棒性
、可靠性和出色的功率密度方麵進行了優化)進行競爭。這是一個新興的市場，需要專門基於這一因素開發半導體解決方案！

 

在眾多電動汽車中，需求最多的便是主逆變器
，在這裏，采用專門針對應用進行開發的芯片和封裝解決方案至關重要。在(H)EV發展早期
，普遍采用工業"磚"型模塊(這些最初是設計用於工業離線應用)，因此對於汽車的功率密度以及有限結構因數的限製基本沒有考慮。它們一般包括IGBT和二極管
，額定電壓為600V或1200V

，結溫最高達到150℃。在室溫範圍內，短路保護性能限製在6μs。在汽車世界中
，一個重要的因數是工作溫度範圍
，其最低可以達到-40℃，在更低的溫度下，IGBT和二極管的BV(擊穿電壓)下降
，器件處理電壓峰值時，潛在的會帶來一些問題。為此
，采用具有更高BV的功率元件將會受益，CooliRIGBT Gen 2平台便是一個示例。

 

超薄晶體IGBT技術

，額定電壓為680V
，24A至600A的芯片尺寸，在-40℃溫度
，最低600V的BV下，能夠實現良好的Vce(on)性能。與此相配合的性能主要針對在175℃的結溫下運行的器件
，不止限製時間量(如一些替代技術)，而且溫度始終為175℃。因為具有更高的BVdeyuangu，genggaodedianyafengzhikeyishiyingxitong，yincijiangdileduiyugaochengbenjiejuefangandexuqiu，zhekeyixianzhidiangan
，youhuozhe
，xitongdequekeyigengkuaidezhuanhuan，huodegengduodeyoushi，rujiangdidianjichicun。yuqijiandezhunibianqidebaohuxiangguandegaogonglvshuipingxianranshifeichangzhongyaode
，duiyuzhezhonggaowenhuanjingxia開關的短路保護性能同樣也非常重要。CooliRIGBT器件能夠針對性能平衡進行優化，但是一般是設計用於處在150℃，至少6μs的短路保護時間。保護特性通過芯片上的電流感應最終完成。圖1總結了新的IGBT平台的一些特性。 　　

圖1：CooliR IGBT和CooliR二極管特性的總結

　　

為了保證最佳的係統效率，必須采用一個適當的二極管與IGBT相搭配。圖1還介紹了CooliRDIODE Gen 2
，這是一款超薄芯片，680V的超快速軟件恢複二極管，提供了無振鈴性能。Err和Vf根據應用進行平衡，很重要的一點是認識到針對空調應用
，Err和Vf的平衡將與主逆變器的需要有所不同。最終
，24至600A的de二er極ji管guan係xi列lie

，都dou根gen據ju典dian型xing的de應ying用yong
，在zai每mei個ge電dian流liu水shui平ping上shang得de到dao優you化hua。近jin年nian來lai
，對dui於yu稀xi土tu金jin屬shu供gong應ying及ji成cheng本ben的de關guan注zhu不bu斷duan增zeng加jia，促cu使shi電dian機ji廠chang商shang不bu得de不bu尋xun求qiu替ti代dai解jie決jue方fang案an。電dian機ji變bian得de更geng小xiao型xing、更輕巧
，而且同時還需要15~20kHz的頻率範圍(傳統頻率為5-10kHz)

，這種情況現在變得越來越普遍。與此相對應
，這需要具有優異的高速度開關性能的IGBT和二極管，以保證開關損耗不會變得不可管理。更高的頻率還意味著必須把關注點放在寄生電感
、特別是封裝上麵。

zaigonglvbandaotidezaoqi，duiyuyanfatourudaliangzijindeguanzhudianshitigaoxinpiandexingneng。suizhebandaotijishubiandeyuelaiyuehao，guanzhudezhongdianyekaishizhuanyidaofengzhuangshangmian。fengzhuangbijingshiyingxiangxitongdeyigeyinsu--無論從電子方麵還是散熱方麵上。圖2總結了封裝能夠對係統產生的影響--從根本上講
，如果放置在一個較差的封裝中
，係能優異的半導體器件僅能實現極少的價值。

圖2：半導體封裝對於功率電子係統的影響

 

成本、可靠性和電子性能及熱性能都會受到封裝的直接影響。但是封裝的另外一個特性也變得越來越重要--即結構因數。由於OEM推動了功率、效率、可升級性和可靠性要求的提升
，因此，成本、重量
、chicunhediangandoubeiyaoqiujiangdi。gonglvdianzijichengdaodianjihezhilengshebeizhongdenengliriyitigao
，zhedailailehendadejiazhi。chuantongdedianyuanmokuaitongchangzhinengweijincouxingjidianyitihuatigongfeichangyouxiandefanwei
，erqiequeshi
，ruguoxuanzelezhezhongjiejuefangan，dingzhihuadianyuanmokuaijianghuihenkuaijiubiandegenganggui
，yegengjiadesiban。zaizheyangdegonglvshuipingxia，womenrenweifenlishiyuanjiannanyuyingyong，huozhezhenzhengkeyongdejiejuefangangenbenbunenggouchulizugoudegonglv。zuichubeiqiyongde"分立式"方法現在要被主逆變器重新訪問，因為需要電子元件和機機械元件更加緊湊的集成。

　　

目前，在量產中的一種解決方案是采用超級TO-247封裝。搭載一個120A IGBT和二極管的AUIRGPS4067D1器件同時還允許可升級的解決方案，典型地，用來滿足30至80kW範圍主逆變器。與傳統TO-247封裝(如圖3所示)相比，專利型超級TO-247封裝具有一些獨有的特性：首先是采用一個夾子將部件附著在散熱器上

，除去了傳統TO-247fengzhuangshangchuxiandeluosikong
，jiangfengzhuangneibudekongjianzuidahua
，yirongnazuidakenengdexinpian。weileyuxinpiandedadianliuchulixingnengxiangpeizhi，teyoudeqiejiaoyinxianshixianlebichuantongTO-247封裝高出30%dehengjiemianji
，congertigaoletamendedianliuchulixingneng，bingqieshideqijianyunxingwendugengdi，yougengshaodejishengdiangan。qiejiaohengjiemiantongyangkeyishiqijiannenganzhuangdaobiaozhunTO-247封裝裏。封裝上
，引腳之間的溝槽增加了爬電距離。最終，符合AEC-Q101的部件要經受苛刻的最後測試程序，它包括了正方形RBSOA和100%箝位電感負載測試。

圖3：專利型超級TO-247封裝的優勢

　　

簡化廠商成本和柵極驅動要求的努力不斷推進，客戶希望在其應用中降低並聯的IGBT和二極管的數量
，因此要求大麵積芯片的解決方案。由於最新的IGBT和二極管技術是基於超薄芯片技術，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充滿挑戰。基於這種原因，可以容納大的IGBT和二極管芯片的分立式封裝價值巨大
，它們都完全經過測試並且易於安裝。CooliRDIE就是正在開發的解決方案這一。DBC封裝的殼內包括一個680V, 300A IGBT和一個二極管對，每個芯片都具有可焊接前端金屬表麵處理。圖4給出CooliRDIE封裝理念的概覽。

圖4：CooliRDIE封裝

　　

整個無鉛CooliRDIE都dou是shi完wan全quan的de動dong態tai供gong應ying並bing經jing過guo靜jing態tai測ce試shi，達da到dao其qi卷juan帶dai封feng裝zhuang上shang的de額e定ding電dian流liu。這zhe就jiu使shi得de客ke戶hu能neng夠gou采cai用yong一yi處chu標biao準zhun的de選xuan擇ze並bing將jiang機ji器qi安an置zhi到dao已yi經jing準zhun備bei好hao的de帶dai焊han盤pan準zhun的de基ji座zuo上shang
，處chu理li300A的超薄IGBT和二極管產品。這一部件回流到基底，取代了與大功率模塊相關的線步驟。省去引線鍵合
，提高了可靠性和良率，並且降低了成本、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)
，可以在一個單獨的基底上形成非常緊湊的半橋布局，無需複雜的布局模式（如圖5所示）。

圖5：采用CooliRDIE的緊湊型半橋構建

 

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

圖6：采用CooliRDIE的可升級逆變器設計

　　

將(jiang)可(ke)焊(han)接(jie)前(qian)端(duan)金(jin)屬(shu)增(zeng)加(jia)到(dao)矽(gui)片(pian)上(shang)，意(yi)味(wei)著(zhe)芯(xin)片(pian)可(ke)以(yi)在(zai)兩(liang)麵(mian)進(jin)行(xing)焊(han)接(jie)
，因(yin)此(ci)去(qu)除(chu)了(le)對(dui)於(yu)焊(han)線(xian)的(de)需(xu)求(qiu)。這(zhe)同(tong)樣(yang)還(hai)有(you)一(yi)個(ge)優(you)點(dian)，釋(shi)放(fang)出(chu)了(le)傳(chuan)統(tong)用(yong)於(yu)焊(han)線(xian)的(de)芯(xin)片(pian)頂(ding)部(bu)空(kong)間(jian)--而現在這種空間可用於冷卻。通過從兩麵對部件進行製冷的性能，可以將電流處理性能提升50%--huozhequeshijiangdixiangsigongzuodianshangdexinpianchicun，bingjinerjiangdichengben。ruguowuxushuangmianzhileng，namejinjindezengjiayigedingduandesanreliangjiukeyizhengmingqizaitigaozuzhuangdesanrexingnengfangmianfeichangyouxiao，jinerkeyibangzhutishengduanshijianfengzhidianliunengli。

　　

省去焊線不僅可以簡化生產並提高冷卻，同時還可以增強電子性能。采用CooliRDIE封裝的600A半橋模塊已經構建起來

，展示了低於12nH的回路電感
，允許器件可以更快地開關
，限製了電壓擊穿並提高了效率。最終
，像這種無焊線封裝概念具有極低的封裝電阻--大概比傳統的焊線組裝低出0.5mΩ。在一個大的電源係統上，如(H)EV的主逆變器上，半毫歐看起來像一個無關僅要的小數據，但事實上卻並非如此。由於所涉及的電流非常高

，因此，在400A的電流下，節省0.5mΩ的電阻可以減少80W無用功耗。在電阻中的這種節省是提高效率的一個積極步驟，並最終提升了汽車運行裏程。

　　

起初看似過於複雜，甚至可能沒有必要談及集成的功率電子和機械組裝。但是達到機電一體化的更高水平不僅在於更小型
、gengqingbianhegenggaoxiaolvqichefangmian，duiyuzhongduankehuyouyi，tongshihaizaixitongjishangkaiqilelingrenguanzhudeqianzaikeneng

，keyitigaodianzixingneng
，bingqieshixianyujingzhengduishoudechanpinchayihua。tongguotigongzhenduiqicheyingyongjinxingyouhuadexinpian，zaitigonglechuantongmokuaizhongsuoyoudianzihesanrexingnengdefengzhuangzhong，linghuodefenlishiyinjiaobujuyunxuxitongshejizheshiqichuangjiandexitongkeyizhenzhengdefuyuxiangxiangliheshouchuanglinian，congershidegengduodediandongqichechenggongshixian。