功率模塊
關注創建者：hardbusy 創建時間：2025-05-07
功率模塊的視頻教程
特斯拉Tesla Model 3電控系統介紹，電池/三相逆變、電機、IGBT與碳化硅MOS驅動系
Model 3電機控制器是第一款采用全SiC功率模塊的電機控制器，據一些國外的土豪拆解分析，SiC功率器件采用的是ST公司的GK026，驅動芯片采用的是ST的STGAP1AS，母線電壓采樣ACPL-C87(A)BT
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功率模塊的實例教程
美國GE公司的全球研究中心設計了一種疊層母線結構，構造與模塊重疊并聯的傳導路徑，使回路電感降至4.5 nH。德國賽米控公司采用納米銀燒結和SKiN布線技術，研發出SiC功率模塊的高溫、低感封裝方法。德國英飛凌公司采用壓接連接技術，研制出高壓SiC功率模塊。德國Fraunholfer研究所采用3D集成技術研制出高溫（200 ℃）、低感（≤1 nH） SiC功率模塊。瑞士ABB公司采用3D封裝布局，研制出大功率低感SiC功率模塊。瑞士ETH采用緊湊化設計，優化功率回路，研制出寄生電感≤1 nH的低電感SiC功率模塊［
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］。日本尼桑公司基于雙層直接敷銅板（direct bonded copper， DBC）封裝，研制出低感SiC功率模塊，應用于車用電機控制器。
上述碳化硅的優良特性，只有通過模塊封裝布局的可靠性設計、封裝材料的選型、參數的優化、信號的高效和封裝工藝的改善，才能得以充分發揮。
本文提出的解決方案討論
本文中重點聚焦典型封裝結構下，低雜散參數、雙面散熱模塊下緩沖層的影響和功率模塊失效機理等關鍵技術內容的梳理總結，最后展望了未來加壓燒結封裝技術和材料的發展。
1 模塊封裝形式
隨著新興戰略產業的發展對第3代寬禁帶功率半導體碳化硅材料和芯片的應用需求，國內外模塊封裝技術也得到迅速發展，追求低雜散參數、小尺寸的封裝技術成為封裝的密切關注點，國內外科研團隊和半導體產業設計了結構各異的高性能功率模塊，提升了SiC基控制器的性能。
（1） 傳統封裝：Wolfspeed、Rohm和Semikron等制造商大多延用傳統Si基封裝方式，功率等級較低，含有金屬鍵合線，雜散電感較大。
展開 3、當氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模塊，新能源電動汽車縮短充電時間
充電時間長短是評價一輛新能源電動汽車性能體驗感的重要參數，當氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模塊，氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊高擊穿電場強度特性，有助于提高碳化硅器件的功率范圍，降低通電電阻，可在800V及以上的高壓平臺上搭配350kW以上超級充電樁，以提升充電速度，縮短充電時長。
4、當氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模塊，有助于新能源電動汽車輕量化
當氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模塊，氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊增強電氣和機械性能以及可靠性，能夠實現高頻開關，減少濾波器，變壓器、電容、電感等無源器件的使用，從而減少系統體系和重量，相同功率等級下實現封裝體積尺寸更小。同時，氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊且具有良好的熱導率，可以使器件模塊工作于較高的環境溫度中，從而減少散熱器體積和重量。SiC可以降低開關與導通損耗，使系統效率提升，同樣續航范圍內，可以減少電池容量，有助于車輛輕量化。
5、當氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模塊，新能源電動汽車降低電池成本
充電功率相同的情況下，當氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模塊，氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊實現新能源電動汽車在800V高壓快充架構下的高壓線束直徑更小，相應成本更低；氮化硅陶瓷基板升級SiC碳化硅功率模塊高熱導率實現新能源電動汽車電池散熱的更少，相對降低電池熱管理難度，進一步降低電池整體成本。
展開 橫向流動導致溫度分布不均勻，因為在整個功率模塊中流動不均勻。 橫向和縱向流動都可以受益于歧管設計，以保持整個功率模塊的溫度均勻。 當我們稍后考慮電源組件的設計時，我們將研究這種設計。
4、結論
我們研究了電動汽車逆變器功率模塊的設計和仿真方面。 特別是，我們研究了功率模塊的電氣和熱行為。 我們將一維等效行為模型與 CFD 求解器結合起來計算結溫，并能夠設計參考冷卻系統以將 IGBT 和二極管的結溫保持在其工作范圍內。
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展開 ▲全球汽車廠商部分車型逆變器技術碳化硅SiC功率模塊量產時間
現如今，隨著新能源電動汽車爆發式增長，氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊，對提升新能源汽車加速度、續航里程、輕量化、充電速度、電池成本5項性能尤為重要。全球眾多汽車廠商在新出的新能源電動汽車車型上，大都采用了或者準備采用氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊。據業內機構估計，隨著眾多基于800V高壓平臺架構的新能源汽車將進入量產階段，到2030年將有超過65%的新能源電動汽車電子功率器件領域采用Si3N4-AMB氮化硅陶瓷覆銅基板工藝升級的SiC功率模塊技術。
1、氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊提升新能源電動汽車加速度性能
曾幾何時，談起新款剛上市新能源電動汽車的重要性能，起步百公里加速時間是一項必談重要性能參數。新能源電動汽車加速性能與動力系統輸出的最大功率和最大扭矩密切相關，氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊技術允許驅動電機在低轉速時承受更大輸入功率，而且不怕因為電流過大所導致的熱效應和功率損耗，這就意味著新能源電動汽車起步時，驅動電機可以輸出更大扭矩，提升加速度，強化加速性能。
2、氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊增加新能源電動汽車續航里程
續航里程，續航里程，還是續航里程。續航里程是目前新能源電動汽車的首要痛點。氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊通過導通與開關兩個維度降低電能損耗，減少電能耗損失，提升效率，從而實現增加新能源電動汽車續航里程的目的。
3、氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊縮短新能源電動汽車充電時間
充電時間長短是評價一輛新能源電動汽車性能的重要參數，氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊，可在800V的高壓平臺上搭配350kW超級充電樁，以提升充電速度，縮短充電時長。
展開 功率模塊各個構件的材料屬性非常重要，本文沒有深入研究過各種材料的特性，僅簡要介紹幾種主流材料以及文中設計功率模塊所涉及的材料。
在這些部件中，最主要是器件、陶瓷襯底。器件是模塊的核心，陶瓷襯底是器件散熱、絕緣以及電回路的襯底基礎。器件損耗產生的熱，絕大部分通過陶瓷襯底經底部基板耗散出去，同時陶瓷襯底的熱阻占了器件結到模塊外殼熱阻的大部分，陶瓷襯底以及上下表面焊料層也是功率模塊可靠性問題的重點。所以陶瓷襯底的選擇是功率模塊設計中除功率器件本身之外最重要的部分。
對于電動汽車應用的功率模塊，A1203和AIN是常見的襯底材料，前者是傳統硅IGBT功率模塊中常用的襯底材料，價格低廉；后者導熱性能好，機械強度也較高，而且熱膨脹系數（CTE）和SiC材料的CTE(3ppm/°Ｃ）更接近，所以導熱性和可靠性會更高，但是價格較高。兩者的性能對比如表5.1所示。
焊接材料主要用于器件與陶瓷襯底和底部基板與陶瓷襯底兩處的連接，考慮到模塊工作時的溫度分布，本文在兩處采用了兩種焊錫材料。器件與陶瓷襯底之間溫度相對較高，采用的焊錫材料也是熔點較高的錫銅焊料（~225°Ｃ），陶瓷襯底與底部基板之間溫度190°Ｃ）。
半導體芯片正面引線鍵合所用的鍵合線有多種材料，常見的有鋁（Al）、金（Au）、銅（Cu），本文中采用了ＡI鍵合線，由于商業芯片正表面基本為Al層，所以鍵合線和芯片之間鍵合程度高。
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加入Ansys之前為奧海科技仿真部經理，負責電源、逆變器、功率模塊、磁性器件、監牙耳機等相關的設計、仿真工作。主要研究方向：磁性器件、電源的損耗和EMC仿真優化設計，逆變器、功率模塊的仿真優化設計。
內容簡介：本方案圍繞功率模塊設計平臺，構建了電熱耦合穩態場模擬與自動化流程，形成基于回路的電熱耦合開發路徑，并將熱模型通過 ROM 轉寫為一維 Spice 模型，實現快速聯算與批量分析。
在Mechanical中運行機械仿真和熱機械仿真，可獲得有關功率模塊在實際工作條件下的行為的重要洞察，從而確保其散熱和可靠性。這種級別的分析有助于識別功率模塊的臨界點并進行設計修改，以提高其魯棒性，同時最大限度地減少測試期間所需的（通常成本高昂的）物理原型次數。
森木磊石聚焦聚變裝置電源的工程化實現，圍繞 HL?2M 等大科學工程形成了覆蓋勵磁、加熱、真空、診斷等多場景的電源產品矩陣，在大功率模塊串聯、高壓系統絕緣配合、多電源同步控制等方面積累了大量工程經驗。
隨著聚變產業鏈逐步成熟，具備自主研發與批量交付能力的國產電源企業，將為裝置建設提速降本提供重要支持。
創新產品離不開創新方法
Nelson和他在Wolfspeed功率模塊部門的團隊正在應用一套通過Ansys optiSLang整合的Ansys解決方案，設計并驗證用于車載充電器、直流轉換器，牽引逆變器等對于電動汽車大規模商業化至關重要的組件的封裝設計。
SS6811H電壓范圍8.2V~38V，導通電阻0.72Ω，內部的功率輸出模塊由N型功率MOSFET組成，能夠提供高效的功率輸出。雙通道H橋使得它可以驅動兩個刷式直流電機，一個雙極步進電機，或者螺線管等感性負載。同時它還提供了一種低功耗睡眠模式，通過設置SLEEP引腳來實現，可以關斷內部電路，以達到非常低的靜態電流。
International Semiconductor and Electronic Components Exhibition
地點：深圳國際會展中心
時間：2026年10月27-29日
主辦單位：
深圳市電子商會
勵展博覽集團
展會介紹：
深圳國際半導體及電子元器件展覽會由深圳市電子商會及勵展博覽集團聯合打造，專注于集中展示從元件到系統、從設計到制造的全產業鏈新產品：半導體、分立器件、功率器件和模塊
深圳國際半導體及電子元器件展覽會由深圳市電子商會主辦，專注于集中展示從元件到系統、從設計到制造的全產業鏈新產品：半導體、分立器件、功率器件和模塊、開關及連接技術、電阻、電容、電感、繼電器、變壓器、電路保護等、顯示、嵌入式系統、汽車電子、PCB領域的前沿技術、新產品和行業應用解決方案。
2026深圳國際電子元器件展覽會4個月前
2026深圳國際電子元器件展覽會
2026 Shenzhen Electronics Expo
時間:2026年10月27-29日 地點:深圳國際會展中心
展會介紹
深圳國際半導體及電子元器件展覽會由深圳市電子商會主辦，專注于集中展示從元件到系統、從設計到制造的全產業鏈新產品：半導體、分立器件、功率器件和模塊、開關及連接技術、電阻、電容、電感、繼電器、變壓器
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2026Shenzhen Semiconductor Expo
時間:2026年10月27-29日 地點:深圳國際會展中心
展會介紹
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電機驅動芯片SS8812T的每一個H橋的功率輸出模塊由N型功率MOSFET組成。每個H橋包含整流電路和限流電路。簡單的并行數字控制接口，衰減模式可選擇為快衰減，慢衰減和混合衰減。SS8812T提供一種帶有裸露焊盤的eTSSOP28封裝，能有效改善散熱性能，且是無鉛產品，引腳框架采用100％無錫電鍍。
SS8812T是一個用于雙極步進電機或有刷直流電機的集成電機驅動方案。
