车规模块系列(二):英飞凌HybridPACK系列

原创 功率半导体那些事儿 2023-09-15 07:19


最具多样性的汽车模块



道由白云尽,春与青溪长。时有落花至,远随流水香。

新能源汽车的发展蒸蒸日上,对于半导体器件的要求,不仅仅是功率半导体都提出了更好的需求。作为功率半导体行业No.1的英飞凌也给我们呈现了多样性的发展态势,在很多时候它充当了更多的是一个引领者的角色,分立式,工业或者汽车模块,往往都是各大厂家学习的模样。今天我们就来聊聊英飞凌的汽车模块--HybridPACK。


Si&SiC协同作战

任何事物的发展都需要一个过程,很多时候我们聊得最多的就是权衡。目前,就传统硅基的统治地位,碳化硅的破风而言,各种因素(可能主要的是性价比)决定了碳化硅不能完全推翻硅基的“江山”,很长一段时间内会是“一山二虎(或三虎(GaN))”的局势。

英飞凌官网有个8月份的文章,讲的是针对未来牵引逆变器的破局,其中聊到,

“功率半导体技术,如硅igbt或宽带隙(WBG)半导体,具有不同的性能特性,适合于不同的目标应用。半导体材料的选择不仅取决于需要降低成本或缩小应用程序的尺寸。越来越多的设计师正在寻求以创造性的方式使用和结合半导体材料,以减少材料需求和克服供应限制。创新的方法挑战了先前建立的概念,即某些应用被锁定在特定的统一半导体材料。例如,在过去,人们假设逆变器必须用相同的半导体材料来设计,现在,融合技术(Si+SiC)正在为新的设计可能性铺平道路。然而,这就需要深入了解电动传动系统和不同的汽车应用要求。技术领导者英飞凌正在开创半导体材料的创新组合的新逆变器设计,在成本和性能优化方面达到市场驱动的平衡。”

这里不自觉让人联想到三月份关于Tesla减少75%碳化硅用量的话题,

Tesla:减少75%的SiC用量!会是它吗?

英飞凌这个文章给出了对于汽车模块短期未来的展望。

✔目前牵引逆变器的趋势

✔不同封装和技术

我们可以好像看到接下来我们要聊的(T-PAK)封装,但今天我们要聊的是HybridPACK。

✔HybridPACK Drive Roadmap

感兴趣的可以去英飞凌官网下载看看:

"Optimizing power technology for efficient traction inverters"


HybridPACK Drive


英飞凌目前HPD封装模块有基于EDT芯片技术和CoolSiC技术的,官网显示小电流也有T4/1200V的,同时针对水冷散热设计也有pin-fin和Wave(带状连接)两种,下面我们就来聊一聊。


EDT2芯片技术



EDT2通过改善元胞设计,减小了门极电荷,增加了电流密度。为了减小了损耗提高效率,减小了芯片厚度(Vcesat/导通损耗),并优化了拖尾电流的载流子(Eoff)。


模块设计



HPD封装的优势

更小的封装和模块内部芯片布局,相比于HP2模块大小减小了20%,杂散电感从14nH降低到了8nH,减小了电压尖峰,即能够允许更快的开关速度,同时也增加了电压裕量,允许更高的母线电压。

有一个长的AC输出端子版本,以便适配电流传感器,如下图,

如果电流传感器端子与模块控制端子具有相同的高度,则电流传感器可以直接连接到栅极驱动器PCB上,而无需附加的电缆和连接器。

采用PressFIT技术作为控制端引脚连接方式,它非常抵抗腐蚀环境和机械应力。如振动和盐大气,PressFIT安装过程可以节省约2分钟,压力安装工艺比标准的选择性焊接工艺快10到20倍。

HPD模块有24个压接引脚,为了保证足够的压力,采用两个X形简化全自动安装


水冷散热结构



HPD封装有两种水冷板结构,一种是上篇提到的pin-fin结构,同时为了改善pin-fin结构的设计灵活性低,用料多等(热阻好像会高那么一丢丢相比于pin-fin,<6%),给到了被叫作wave结构(生动形象)。

当然也有较低成本的平底板版本。


小结


英飞凌HybridPACK Drive封装可以说是市面上最为常见的汽车模块封装了,一方面可见英飞凌的“榜样效应”,同时也说明了这种封装在汽车行业的可接受度。而针对高端乘用车,汽车模块封装想必会更多样化更具特色。

多因素(Si/SiC,封装,散热等等)的不同种组合,再结合不同厂家的不同需求,造就了汽车模块的多种多样。


接下来,我们将会一起聊聊T-PAK模块。今天的内容希望你们能够喜欢!


参考文献:

1,Rui Rong, 'An 820A 750V Compact IGBT Module with New Chip Technology for Automotive Inverter Application'

2,Infineon AN,‘Optimizing power technology for efficient traction inverters’













END

Power semiconductors

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功率半导体那些事儿 从易到难,慢慢地支撑起整个半导体的框架,一个从零开始学习功率半导体的地方,我们可以一起谈谈功率半导体的那些事儿。
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