โมดูลกำลังไฟฟ้า (IPM), IGBT และอุปกรณ์กำลังไฟฟ้าสำหรับยานยนต์

ทิศทางการออกแบบในปัจจุบันสำหรับโมดูล SiC คือเพื่อให้ได้โครงสร้างที่กะทัดรัดยิ่งขึ้น ซึ่งสามารถทำได้ผ่านการใช้เทคโนโลยีการเผาผนึกเงินสองด้านและการเชื่อมด้วยลวดทองแดง เช่นเดียวกับการออกแบบซับสเตรตเซรามิกอะลูมิเนียมไนไตรด์ (AlN) ประสิทธิภาพสูงสำหรับบอร์ด PinFin ฐานทองแดงที่ระบายความร้อนด้วยของเหลว และเทอร์มินัลเหนี่ยวนำสำหรับหลายสัญญาณ การตรวจสอบ (เข้ากันได้กับการเชื่อมและการอัดฟิตติ้ง) มีความพยายามเพื่อให้เกิดการสูญเสียต่ำ แรงดันพังทลายสูง ความต้านทานในสถานะต่ำ ความหนาแน่นกระแสสูง และความน่าเชื่อถือสูง การออกแบบที่ดีและเทคโนโลยีกระบวนการขั้นสูงทำให้มั่นใจได้ว่าข้อดีของ MOSFET ซิลิคอนคาร์ไบด์จะเกิดประโยชน์สูงสุดในอุปกรณ์

ขนาดเซลล์ที่เล็กลง ความต้านทานออนที่ลดลง การสูญเสียการสวิตชิ่งที่ลดลง และการป้องกันเกทออกไซด์ที่ได้รับการปรับปรุง คือแนวโน้มการพัฒนาหลักของเทคโนโลยี MOSFET ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) แนวโน้มเหล่านี้สะท้อนถึงประสิทธิภาพที่ดีขึ้นและความน่าเชื่อถือที่สูงขึ้นในการใช้งาน นอกจากนี้ ความหนาแน่นของพลังงานสูง คุณลักษณะอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อที่สูง และข้อกำหนดความถี่สูงของอุปกรณ์ SiC ยังเพิ่มความต้องการเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ที่มีอยู่ให้สูงขึ้นอีกด้วย ปัจจุบันนวัตกรรมบรรจุภัณฑ์โมดูลพลังงานในประเทศจีนมุ่งเน้นไปที่ทิศทางต่อไปนี้เป็นหลัก:

วัสดุและกระบวนการเชื่อมต่อขั้นสูงเพื่อให้ทนต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่สูงขึ้น:

พื้นผิวเซรามิก-ทองแดงสามประเภทหลักที่ใช้ในโมดูลพลังงานมีดังนี้: AI2O3-DBC มีความต้านทานความร้อนสูงที่สุดแต่มีต้นทุนการผลิตต่ำที่สุด; AlN-DBC มีความต้านทานความร้อนต่ำที่สุดแต่มีความเหนียวต่ำ วัสดุเซรามิก Si3N4-AMB มีความต้านทานความร้อนปานกลาง ความเหนียวที่ดีเยี่ยม และพารามิเตอร์ความจุความร้อนที่โดดเด่น ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการกระจายความร้อนของโมดูล ความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้า และความหนาแน่นของพลังงานอย่างมาก Si3N4-AMB เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานโมดูล SiC เกรดยานยนต์

เส้นทางการเชื่อมต่อที่สั้นลงและเทคโนโลยีการเชื่อมต่อโครงข่ายขั้นสูงเพื่อลดการเหนี่ยวนำปรสิตสำหรับคุณลักษณะของอุปกรณ์ความถี่สูง:

ปัจจุบันการเผาผนึกเงินเป็นเทคโนโลยีการเชื่อมที่ทันสมัยที่สุดในสาขาโมดูล SiC สามารถตอบสนองความต้องการโมดูลพลังงานเกรดยานยนต์ได้อย่างเต็มที่สำหรับสภาวะการทำงานที่มีอุณหภูมิสูงและต่ำ เมื่อเปรียบเทียบกับเทคนิคการบัดกรีแบบดั้งเดิม การเผาผนึกเงินทำให้เกิดช่องว่างเป็นศูนย์ การเผาที่อุณหภูมิต่ำสำหรับการบริการที่อุณหภูมิสูง และลดความหนาของชั้นโลหะบัดกรีลง 60-70% เหมาะสำหรับการเชื่อมต่ออุปกรณ์ที่มีอุณหภูมิสูง การเผาผนึกเงินให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและความร้อนที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับวัสดุบัดกรี โดยมีค่าการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้น 5-6 เท่า และค่าการนำความร้อนเพิ่มขึ้น 3-4 เท่า บริษัทหลายแห่งได้พยายามที่จะอัพเกรดวัสดุบัดกรีแบบดั้งเดิมทั้งหมดภายในโมดูลพลังงาน รวมถึงชิป ตัวต้านทาน และเซ็นเซอร์ ให้เป็นกระบวนการเผาผนึกเงิน

บูรณาการการออกแบบโครงสร้างบรรจุภัณฑ์และโทโพโลยีวงจรเพื่อการจัดการระบายความร้อนของระบบที่ดีขึ้น:

เพื่อให้การออกแบบเส้นทางระบายความร้อนของผลิตภัณฑ์โมดูลมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น และช่วยให้สามารถออกแบบระบบอินเวอร์เตอร์แบบบูรณาการที่มีขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพมากขึ้น รวมทั้งลดต้นทุนโดยรวมของระบบอีกด้วย การปรับปรุงการกระจายความร้อนและความสามารถในการรับกระแสไฟสามารถทำได้ผ่านการเปลี่ยนแปลงในบรรจุภัณฑ์ แบบฟอร์ม มีการใช้โครงสร้างภายในที่มีชิปเชื่อมต่อแบบขนานหลายตัว โดยที่วงจรขนานหลักและวงจรขับเคลื่อนมีพารามิเตอร์ที่คล้ายกันเพื่อให้แน่ใจว่ามีการแบ่งปันกระแสระหว่างชิปแบบขนาน มีการติดตั้งเซ็นเซอร์อุณหภูมิ (PTC) ภายในโมดูล และ PTC จะถูกวางไว้ใกล้กับชิปที่ตำแหน่งกึ่งกลางของโมดูล ทำให้สามารถเชื่อมต่อความร้อนได้อย่างใกล้ชิด และการวัดอุณหภูมิของโมดูลที่สะดวกและแม่นยำ