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双面水冷DSC
散热“加倍”的模块封装
世事悠悠人未了，年光冉冉今如许。
前面聊了一些市面上典型的车规模块，它们都是单面水冷散热的封装结构，今天我们来聊一聊双面水冷（DSC,Double-sided cooled）的车规模块，也算是补全车规模块的话题。今天我们参考英飞凌的DSC车规模块来展开，希望大家能够了解一些双面水冷模块的概念。
论过往
新能源汽车向着高功率密度和高可靠性的方向发展，为了满足这方面的需求，功率模块无论从电气性能（Si基和WBG材料的芯片）还是封装（低杂散电感，先进的互连技术，优异性能的封装材料和高散热性能）等方向开始往更高“极致”出发。
NREL公司的电力电子冷却技术研究
双面水冷模块的研究和应用在早之前就已经开始发展，下图是去年通用大佬刘名发表的"Comprehensive Review and State of Development of Double-Sided Cooled Package Technology for Automotive Power Modules"中整理的过往几十年在车用模块的发展历程，
其中，我们除了我们之前聊过的几种常见的车规模块之外，还有很多其他形式的封装外形，这和工业模块的较为一致性的模块封装不同，车规模块的差异化来源于汽车厂家对于自身应用的需求，更偏向于差异化。
文中也展示了电动汽车逆变器功率密度的发展趋势，
可见Tesla的功率密度处于一个很高的level，同时呈现的是各家都在往着更高的功率密度发展，美国能源部对于2025的功率密度目标为100kW/L。
今天我们通过英飞凌的DSC模块来了解下双面水冷模块的一些特性。
02
IFX DSC模块
☑首先，下图是英飞凌DSC模块的拓扑图，
其中，考虑到SiC对模块寄生参数的较高敏感程度，英飞凌将DSC的端子布局进行了优化，将DC和AC在同一侧的情况改到了DC和AC在不同侧，以降低回路的杂散电感。
☑采用双面水冷的散热方式，相比于同样封装的单面水冷模块，结到冷却液之间的热阻Rth(j-f)降低了约40%，通过仿真，约有30%的额外热量从顶部流出。
☑DSC的结构示意图
我们可以看到一个DSC模块及其内部材料和结构的轮廓。芯片背面通过例如焊接、烧结或粘结粘接连接到底部绝缘基板，而芯片正面通过一个导电和导热的间隔片连接朝向上部绝基板。在底部和顶部基板之间的剩余空间中填充了一种基于聚合物的化合物（就是整体塑封结构的封装），以安全地分离模块内的电位。模块被间接冷却，即冷却液不与模块直接接触。该模块被压到一个冷却器上，通常是铝制的，在两侧。通过导热硅脂来填充金属间的缺陷。最后，通过在冷却器中强制使用水-乙二醇冷却剂（没有在图中显示）来实现冷却。
优化热性能的一个重要参数是使用具有高导热系数的陶瓷基板，这个我们上篇有大致聊到过，英飞凌这款标准的是AlN基板。
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环氧成型化合物EMC
双面水冷模块一般都使用和分立器件一样的塑封封装形式，主要传统填充硅胶的方式不太适合双脉水冷的堆叠结构，同时塑封实现了相对较低的生产成本，更高的自动化程度。
下面是基于EMC（Epoxy Molding Compound）转模的简单制造示意图，
所制作的DSC模块位于模腔内，EMC材料被熔化，并由柱塞推入模腔中。EMC填充空腔，封装DSC，固化，并从空腔中喷射出。在成型过程中，可能会发生静态压力和机械压缩。因此，在这个成型过程中，模块可以暴露于液-固相变化、高压和高温的环境下。
04
小结
今天我们主要简单地了解了关于双面水冷模块的一些特性以及塑封这种封装的简单过程。有时候在想，如果将目前所有应用在车规模块的独特技术集于一款模块，那它的性能或者说性价比会是怎么样？但往往一些参数的相互制约通常导致最后只能采取折中，并不能全部都是最优的解决方案。但未来谁知道呢，我想的就是多学多理解，以及和大家多交流，这是一件值得坚持的事情。
今天的内容希望你们能够喜欢！
参考文献：
Ajay Poonjal Pai, "Characteristics of a SiC MOSFET-based Double Side Cooled High Performance Power Module for Automotive Traction Inverter Applications"
Power semiconductors
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