車規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體模塊的案例
車規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體模塊散熱基板行業(yè)基本情況及發(fā)展趨勢(shì)
（1）行業(yè)概況
1）產(chǎn)品概述
良好的熱管理對(duì)于功率模塊穩(wěn)定性和可靠性尤為重要，相較于其他應(yīng)用領(lǐng)域，新能源汽車電機(jī)控制器用功率半導(dǎo)體模塊面臨著更為復(fù)雜的使用環(huán)境和特殊的應(yīng)用工況：一是車載工況功率等級(jí)高、循環(huán)波動(dòng)極其復(fù)雜，功率模塊溫度快速變化，經(jīng)常處于“極熱”或“極冷”狀態(tài)，消費(fèi)級(jí)半導(dǎo)體溫度可承受區(qū)間一般為-20℃—70℃，而車規(guī)級(jí)半導(dǎo)體一般要求溫度可承受區(qū)間達(dá)到-40℃—125℃。
此外，在對(duì)抗?jié)穸取⒎蹓m、鹽堿自然環(huán)境、有害氣體侵蝕等方面，車規(guī)級(jí)半導(dǎo)體也有更高要求；二是汽車行駛過程中會(huì)存在振動(dòng)與顛簸，功率模塊長(zhǎng)期處于高震動(dòng)的工作環(huán)境，要求功率模塊各組成部分具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能夠在強(qiáng)震動(dòng)環(huán)境下正常運(yùn)行；三是必須確保超長(zhǎng)使用壽命和零容錯(cuò)率，整車設(shè)計(jì)壽命通常在 15 年及以上，遠(yuǎn)高于消費(fèi)電子產(chǎn)品的壽命需求，在失效率方面，整車廠對(duì)車規(guī)級(jí)半導(dǎo)體的要求通常是零失效；四是裝配體積、重量和制造成本有嚴(yán)格限制。
新能源汽車電機(jī)控制器復(fù)雜嚴(yán)苛的使用工況對(duì)功率模塊散熱基板的性能和可靠性提出了很大的挑戰(zhàn)，散熱基板需在熱傳導(dǎo)性能、熱膨脹系數(shù)、硬度、耐用性、體積、成本等諸多方面滿足車規(guī)級(jí)使用場(chǎng)景的需求。
發(fā)行人所產(chǎn)銅針式散熱基板，即用于配套電機(jī)控制器用功率模塊。散熱基板作為電控功率模塊的重要組成部件與核心散熱功能結(jié)構(gòu)，通過改善功率模塊散熱性能，進(jìn)而提升電機(jī)控制器功率密度，最終達(dá)到優(yōu)化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的效果。
2）散熱方式與結(jié)構(gòu)
從實(shí)踐看，目前常見的功率模塊熱管理方式主要有空冷散熱和液冷散熱。
展開 聞泰科技12吋車規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體晶圓制造項(xiàng)目正式開工！
作為七家重點(diǎn)連線分會(huì)場(chǎng)之一，臨港新片區(qū)聞泰科技12英寸車規(guī)級(jí)半導(dǎo)體晶圓制造中心項(xiàng)目正式開工。
該項(xiàng)目由上海鼎泰匠芯科技有限公司投資，其控股股東聞天下投資有限公司也是A股上市公司聞泰科技的控股股東。據(jù)聞泰科技公告顯示，為避免投資風(fēng)險(xiǎn)，最大限度保護(hù)公司及全體股東特別是中小股東利益，經(jīng)過審慎判斷，同意12 英寸晶圓制造項(xiàng)目由控股股東拉薩聞天下進(jìn)行先行投資建設(shè)。拉薩聞天下作出避免同業(yè)競(jìng)爭(zhēng)、以及滿足相關(guān)條件后建成2年內(nèi)轉(zhuǎn)讓給聞泰科技的承諾。
該項(xiàng)目總投資120億元，預(yù)計(jì)年產(chǎn)晶圓片40萬片，經(jīng)封裝、測(cè)試后的功率器件產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于汽車電子、計(jì)算和通信設(shè)備等領(lǐng)域，達(dá)產(chǎn)產(chǎn)值33億元/年。
隨著電動(dòng)汽車在全球的快速普及，汽車半導(dǎo)體正進(jìn)入快速發(fā)展軌道，預(yù)計(jì)到2022年汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到651億美元，占全球半導(dǎo)體市場(chǎng)的12%，成為全球半導(dǎo)體細(xì)分領(lǐng)域中增速最快的市場(chǎng)。預(yù)計(jì)到2026年，電動(dòng)汽車的市場(chǎng)占有率預(yù)計(jì)將會(huì)超過傳統(tǒng)汽車，而中國(guó)將成為全球最大的電動(dòng)汽車生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。
聞天下、聞泰科技、鼎泰匠芯董事長(zhǎng)張學(xué)政表示，汽車半導(dǎo)體特別是中國(guó)汽車市場(chǎng)的巨大需求，拉動(dòng)了我們的投資，讓我們決定在上海臨港新片區(qū)建設(shè)12英寸車規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體晶圓制造中心。臨港新片區(qū)已經(jīng)是中國(guó)重要的電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)基地，聞泰科技12英寸車規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體晶圓制造中心項(xiàng)目，對(duì)臨港新片區(qū)建設(shè)世界級(jí)的電動(dòng)汽車全產(chǎn)業(yè)鏈具有重要意義。
展開 PPT | 車規(guī)級(jí)功率器件封裝及可靠性
PPT | 車規(guī)級(jí)功率器件封裝及可靠性
一文搞懂車規(guī)級(jí)碳化硅模塊
電控
800V下SiC性能優(yōu)異，替代Si基功率半導(dǎo)體趨勢(shì)明確：
SiC基功率半導(dǎo)體相比Si基具備更高耐壓等級(jí)和開關(guān)損耗，以Si-IGBT為例，450V下其耐壓為650V，若汽車電氣架構(gòu)升級(jí)至800V，考慮開關(guān)電壓開關(guān)過載等因素，對(duì)應(yīng)功率半導(dǎo)體耐壓等級(jí)需達(dá)1200V，而高電壓下Si-IGBT的開關(guān)/導(dǎo)通損耗急劇升高，面臨成本上升而能效下降的問題。
800V下SiC的耐壓、開關(guān)頻率、損耗表現(xiàn)優(yōu)異，是800V趨勢(shì)下最大受益元器件。
薄膜電容提升耐壓等級(jí)，短期內(nèi)單車價(jià)值提升：
薄膜電容的作用是作為直流支撐電容器，從DC-link端吸收高脈沖電流，保護(hù)功率半導(dǎo)體。一般一個(gè)功率半導(dǎo)體配一個(gè)薄膜電容，新能源車上主要用于電機(jī)控制器、OBC上，若多電機(jī)車型，薄膜電容用量亦會(huì)隨之增加。另外，在直流快充樁上亦需要一個(gè)薄膜電容。
目前薄膜電容ASP為200元，800V趨勢(shì)下，薄膜電容的ASP需提升約20%。另外短期看，800V會(huì)在高端車率先應(yīng)用，高端車一般采用多電驅(qū)配置，提升薄膜電容用量。
電池
負(fù)極快充性能要求提升。
展開 
一文了解大功率半導(dǎo)體技術(shù)歷史進(jìn)程與現(xiàn)狀
對(duì)于 750 V 車規(guī)級(jí)的 IGBT 芯片而言，電流密度已從200 A/cm2 和 275 A/
cm
2
，發(fā)展到 315 A/
cm
2
，通過逆導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高芯片電流密度， 750 V 車規(guī)級(jí) IGBT 芯片電流密度有望超過 350 A/
cm
2
。
圖17 750 V 精細(xì)溝槽柵 IGBT 元胞結(jié)構(gòu)、折衷曲線及開關(guān)損耗與柵極電阻的關(guān)系
目前，750 V 功率器件是乘用車應(yīng)用的主流，1200 V 功率器件是電動(dòng)大巴應(yīng)用的主流。隨著快充技術(shù)的發(fā)展，功率器件阻斷電壓會(huì)逐步提高到 1200 V，SiC MOSFET 開關(guān)頻率將從硅基 IGBT 的 10 kHz 提高到 15 kHz 或更高，電流密度與開關(guān)損耗的折衷更有優(yōu)勢(shì)，但必須解決好溝槽柵設(shè)計(jì)、柵氧可靠性、薄片工藝等關(guān)鍵技術(shù)和材料成本高、制造效率低的劣勢(shì)。
車規(guī)級(jí)功率器件封裝面臨功率密度與應(yīng)用可靠性的巨大挑戰(zhàn)，需解決好模塊低感結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高散熱效率封裝和高溫封裝等一系列材料、結(jié)構(gòu)和工藝上的難題。滿足 175 ℃高溫運(yùn)行是車規(guī)級(jí)別器件基本需求，因此平面封裝和雙面散熱模塊有很好的應(yīng)用前景。
國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)功率器件已經(jīng)形成包括標(biāo)準(zhǔn)封裝、Pin-fin（針翅）單面水冷和雙面散熱封裝等系列化產(chǎn)品（見圖 18），可以滿足各種功率等級(jí)電機(jī)控制器應(yīng)用需求，并通過了車廠嚴(yán)格驗(yàn)證與考核，開始批量應(yīng)用推廣，有能力支撐汽車電動(dòng)化的應(yīng)用進(jìn)程。
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