賽晶亞太半導(dǎo)體科技(浙江)有限公司技術(shù)總監(jiān)兼市場總監(jiān)馬先奎指出，功率模塊用到電動車上，它的長期可靠性和電氣性能是大家都關(guān)注的問題。為了滿足更高結(jié)溫運行、長壽命時間運行，為了降低模塊的雜散電感，滿足碳化硅芯片的性能發(fā)揮，我們就需要采用一些新型的封裝技術(shù)。一方面可以提升模塊的功率循環(huán)壽命，另外也可以提升碳化硅的開關(guān)特性。

“首先我們希望能夠把功率模塊壽命提升，這也是滿足模塊乘用車市場長壽命的保證要求”馬先奎對此也提出幾點新的封裝理念，比如采用銅鍵合線的技術(shù)、DTS技術(shù)、銀燒結(jié)技術(shù)、采用樹脂壓注，以及去掉銅底板下面的大面積焊接層等。

馬先奎還詳細介紹了壓注封裝的HEEV模塊。壓注封裝的HEEV模塊具有雜感低、體積小等特點，能夠使得SiC芯片的性能得到更充分的發(fā)揮。此外還介紹了EVD產(chǎn)品。EVD封裝的產(chǎn)品可以讓客戶能夠最大可能的借鑒既有Si產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計，同時可以有靈活的商務(wù)供應(yīng)。據(jù)透露賽晶今年四季度會推出1200V EVD封裝碳化硅產(chǎn)品。

以下是演講實錄。

馬先奎：謝謝，我接下來的內(nèi)容講一下現(xiàn)在的熱點，也就是碳化硅模塊相關(guān)的產(chǎn)品。之前一個友商講的是硅基產(chǎn)品。碳化硅產(chǎn)品是大家近來面對和關(guān)注的熱點。市場信息我就不過多講數(shù)字了，主辦方對數(shù)字具有非常詳細和權(quán)威的解讀，下午會有更加詳細的介紹。對于電動車來說，電動化時代一定會到來。我前幾天和一個朋友聊，今年我是打算換一輛車的，我就問他，我說我現(xiàn)在想換車可能還會換燃油車。他是做技術(shù)的，他說如果去年問他，他和我的答案是一樣的，但是現(xiàn)在他想法已經(jīng)變了，他會毫不猶豫地選擇電動車。電動車市場推廣已經(jīng)獲得了非常廣泛的影響。作為做技術(shù)的人，他都做了這樣的轉(zhuǎn)變，所以我對這個趨勢更加毫無質(zhì)疑。電動化一定是未來的趨勢。

賽晶亞太半導(dǎo)體針對車規(guī)模塊市場的需求，推出我們自己的特色產(chǎn)品。我從幾個方面談起：從應(yīng)用需求到封裝實現(xiàn)；為什么我們要推廣碳化硅模塊的產(chǎn)品；我們賽晶推出的碳化硅模塊，包含HEEV產(chǎn)品，還有兼容市場主流封裝的EVD產(chǎn)品。

我們拿到一個模塊，首先關(guān)注的是模塊的額定電壓電流，這是毫無疑問的。另外，溫度也是確定模塊可靠運行的關(guān)鍵參數(shù)，同時考慮到損耗的影響。有一些資深工程師還會考慮到安全工作區(qū)的問題，保證模塊如何安全運行。安全工作區(qū)包含模塊本身的安全工作區(qū)，電壓邊界、電流邊界。這個模塊在系統(tǒng)里應(yīng)用的時候，又是有系統(tǒng)的邊界條件來約束器件的運行。因此，考慮安全工作區(qū)，我們作為使用者能夠從系統(tǒng)的角度來綜合考慮這個模塊。模塊的參數(shù)我們是在一定條件下定義的，而且是基于可控的條件。比如模塊的額定電壓就是芯片的耐壓。當(dāng)模塊在系統(tǒng)當(dāng)中用的驅(qū)動電阻不一樣，也會影響模塊的安全運行。同時不能簡單地從系統(tǒng)的角度考慮，而是要從模塊本身的規(guī)格定義去認識這個問題。除此之外，如果用硅器件，驅(qū)動電壓大家都是共識的，典型15V和-10V。到了碳化硅應(yīng)用，每個廠家用的芯片的驅(qū)動電壓可能18V，或者現(xiàn)在趨向于兼容硅15V，負電壓差別比較大一些。此外，更重要的是需要考慮模塊的壽命。右邊圖是功率曲線示意圖。對于一個模塊產(chǎn)品，我們可以做很多的可靠性測試。有一些基于時長的驗證，通過特定的測試條件和方法來確認芯片設(shè)計或者模塊設(shè)計是滿足要求的。對于模塊功率循環(huán)壽命和熱循環(huán)壽命，我們會通過測試得到壽命曲線，可以用來指導(dǎo)具體工況能不能滿足使用壽命的要求。比如簡單地說30萬公里的壽命一定能滿足嗎？同樣的車在東北地區(qū)、上海地區(qū)和在深圳地區(qū)運行的壽命也是不一樣的。即使是工況都是相同的，每天跑幾次，路上爬坡各方面運行的距離和工況都一樣，但是模塊表現(xiàn)出的壽命是不一樣的。大家可以通過曲線來計算模塊的實際應(yīng)用中的壽命。

為什么模塊會有壽命？對于模塊來說，它有很多材料構(gòu)成的。通常來說有芯片，芯片上面會有鍵合線，還有絕緣基片，以滿足絕緣的要求。還有銅底板以及相應(yīng)的散熱處理，如導(dǎo)熱硅脂等。最后，車上電驅(qū)應(yīng)用，可能就是散熱器怎么設(shè)計。由于本身材料的不同，熱膨脹系數(shù)會不同，實際應(yīng)用當(dāng)中就會產(chǎn)生一些由熱導(dǎo)致的機械應(yīng)力。應(yīng)力大的地方就更容易會產(chǎn)生疲勞，疲勞到了一定次數(shù)以后，壽命也就到了。業(yè)界對功率模塊芯片連接相關(guān)的兩個薄弱點，一個是鍵合線和芯片之間的連接，還有一個是芯片和陶瓷基板之間的焊接。一般是用功率循環(huán)壽命衡量這個參數(shù)的。另外銅底板和絕緣基片（DBC）之間的焊接，因為他們的熱膨脹系數(shù)也差別比較大，而且陶瓷底板的焊接面積又特別大，邊角區(qū)域應(yīng)力大，也最容易產(chǎn)生熱疲勞。一般用熱循環(huán)壽命參數(shù)來衡量。

歸結(jié)到汽車模塊上我們會有哪些需求，也會有相應(yīng)的針對性的探討。首先我們買車的時候可能會探討價格之外的東西，追求性價比，比如續(xù)航里程或者其他方面去折衷，然后大家達成共識，對認識產(chǎn)品性能的提升，這是正向的。除此之外還隱含著一個因素，模塊的可靠性和壽命這方面。我們?nèi)ベI一輛車，廠家承諾30萬公里10年或者多少年，說明車輛都是有壽命的。電動車會經(jīng)過很多測試以保證它的研發(fā)設(shè)計可靠，包括計算壽命等工作，以保證我們買到的車都能滿足我們的需求。針對車規(guī)級功率模塊，我們希望能夠滿足長壽命，而且遠比商用車壽命要長得多，里程也要長得多。另外我希望這個模塊的損耗要低一些，效率高一些。還有滿足電控多合一的需求，這就需要模塊體積小，也是大家關(guān)注的。另外散熱如果良好，可以有助于散熱系統(tǒng)的設(shè)計，從而可以將整個電驅(qū)系統(tǒng)做得更加緊湊一些。

針對電動車用模塊，我們可以將前面的需求結(jié)合到這個模塊上。模塊和外界接口有哪些呢？首先是一個端子。功率主端子怎么和外部連接？以前是通過螺釘連接，現(xiàn)在大家都開始采用激光焊接，把端子接觸電阻要降低。端子發(fā)熱，會將熱傳導(dǎo)到電容和芯片上。另外模塊的底板，可以采用pin-fin結(jié)構(gòu)，以降低熱阻，這是和散熱接口密切相關(guān)的。還有大家要追求更高的結(jié)溫，比如溫度從150度到175度，甚至更高，這就需要把現(xiàn)有的封裝材料不斷提升。以前芯片的焊接到現(xiàn)在的銀燒結(jié)，可以把模塊的工作結(jié)溫提升，我們廠家也希望能夠充分利用新技術(shù)達到更高的性能。在其他材料能夠滿足175度或者200度要求的情況下，如果采用傳統(tǒng)的硅凝膠，運行結(jié)溫可以從以前的150度提高到現(xiàn)在的175度。再提高結(jié)溫，硅凝膠可能不能滿足需求了，可以采用樹脂灌封。

基于上面的問題，我們綜合起來幾點，提出來新的封裝對模塊的理念。首先我們希望能夠把功率模塊壽命提升，這也是滿足模塊乘用車市場長壽命的保證要求，我們會采用銅鍵合線的技術(shù)，以及DTS技術(shù)，銀燒結(jié)技術(shù)，以提高模塊壽命。另外采用樹脂壓注，提高熱沖擊能力，還有對環(huán)境的友好性，對有害氣體的防護、濕度防御能力都能有所提升。。還有我們?nèi)サ袅算~底板與AMB之間的焊接層，且采用絕緣性能更好的氮化硅材料，以降低模塊的熱阻。

接下來就是具體產(chǎn)品，HEEV，我們采用了碳化硅芯片，而且是業(yè)界主流的最新技術(shù)的碳化硅芯片，損耗降低，希望幫助客戶提升電驅(qū)效率。這個模塊首先我們是采氮碳化硅的陶瓷材料，希望能夠把熱阻降低，能夠提高模塊的可靠性。另外它和散熱器密封來說，推薦使用O型圈密封。現(xiàn)在業(yè)界中有將模塊直接焊接到水冷散熱板上，不排除這是未來發(fā)展的趨勢。這種技術(shù)革新需要有特定的測試手段來驗證長期可靠性，以及抗震性。另外我們采用壓注模封裝，可以提高對環(huán)境友好性。此外，我們模塊沒有采用銅底板，去掉了銅底板大面積焊接層，模塊功率循環(huán)壽命也能夠得到比較大的提升。另外通過采用銅線鍵合技術(shù)能夠保證模塊高的功率循環(huán)壽命。還有安裝方面，我們推薦用壓板的安裝方式，會比較簡單可靠。除此之外這個模塊我們采用了鋁帶wave的模式，讓這個模塊的熱阻得到優(yōu)化，可以采用直接水冷方式。對于這個模塊的散熱，水冷一般來說有兩種模式，一種是串聯(lián)的方式，另外一種是并聯(lián)的方式。客戶可以根據(jù)實際設(shè)計選擇適合自己系統(tǒng)設(shè)計的。相應(yīng)來說并聯(lián)模式可能有它的好處，模塊之間的熱分布會比較均勻一些，水壓降也低一些。對于具體參數(shù)相比，第一，熱阻這方面，可以看到并聯(lián)這種模式比串聯(lián)模式熱阻有比較大的降低。第二，水壓降，并聯(lián)模式也可以得到非常大的改善。對于水冷系統(tǒng)的長期可靠性會有所幫助。

這是我們器件的關(guān)鍵參數(shù)，體積比業(yè)界頭部企業(yè)小一半。我們希望能夠給客戶提供功率密度更高的產(chǎn)品。關(guān)鍵參數(shù)這邊有所羅列。這是我們實測的開通和關(guān)斷的波形，還是比較平滑的。對于碳化硅產(chǎn)品來說，也是得益于我們模塊的雜散電感得到非常大的改善，我們雜散電感只有4.5nH，因此開關(guān)波形平滑。這是動態(tài)開關(guān)方面的參數(shù)，可以給大家做一些參考，有助于用我們模塊的時候可以有針對性地預(yù)估一些驅(qū)動參數(shù)去使用。除此之外同樣的封裝除了碳化硅之外我們還有一款硅IGBT產(chǎn)品，250A的產(chǎn)品，硅片也是我們自研的產(chǎn)品。

HEEV產(chǎn)品做一個小結(jié)，我們功率密度比友商得到比較大的提升。另外雜散電感得到有效降低，開關(guān)波形也更加平滑，對系統(tǒng)設(shè)計也更加友好一些。取消了銅底板大面積焊接層，對模塊的功率循環(huán)壽命和熱循環(huán)壽命會有明顯地提升。

另外一個產(chǎn)品是EVD產(chǎn)品。對碳化硅來說，HEEV為了追求更好的性能，更加充分發(fā)揮SiC產(chǎn)品性能。對于兼容封裝來說，可以更好地滿足客戶的應(yīng)用習(xí)慣，繼承更多應(yīng)用經(jīng)驗。對于這款產(chǎn)品規(guī)劃有兩種，一種是硅，要到明年才會出來。今年四季度我們會推出一個1200V碳化硅的產(chǎn)品，能夠減小雜散電感，減小端子的連接電阻，我們希望能夠更好地提升這一產(chǎn)品的性能。

對今天的內(nèi)容做一個總結(jié)。第一，功率模塊用到電動車上，它的可靠性和長期電氣性能是我們很關(guān)注的。為了滿足更高的結(jié)溫運行、長時間運行，為了降低模塊的雜散電感，滿足碳化硅芯片的性能發(fā)揮，我們就需要采用一些新型的封裝技術(shù)。一方面可以提升模塊的功率循環(huán)壽命，另外也可以提升碳化硅的開關(guān)特性。賽晶推出的HEEV封裝產(chǎn)品由于具有非常小的雜散電感，更容易發(fā)揮碳化硅模塊的性能，有助于我們開發(fā)出更高功率密度的電驅(qū)產(chǎn)品。另外我們今年也會推出我們的HPD產(chǎn)品，方便大家做選用。謝謝大家。

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