用于电动汽车的功率半导体模块设计

　　成本、可靠性和电子性能及热性能都会受到封装的直接影响。但是封装的另外一个特性也变得越来越重要——即结构因数。由于OEM推动了功率、效率、可升级性和可靠性要求的提升，因此，成本、重量、尺寸和电感都被要求降低。功率电子集成到电机和制冷设备中的能力日益提高，这带来了很大的价值。传统的电源模块通常只能为紧凑型机电一体化提供非常有限的范围，而且确实，如果选择了这种解决方案，定制化电源模块将会很快就变得更昂贵，也更加的死板。在这样的功率水平下，我们认为分立式元件难于应用，或者真正可用的解决方案根本不能够处理足够的功率。最初被弃用的“分立式”方法现在要被主逆变器重新访问，因为需要电子元件和机机械元件更加紧凑的集成。

　　目前，在量产中的一种解决方案是采用超级TO-247封装。搭载一个120A IGBT和二极管的AUIRGPS4067D1器件同时还允许可升级的解决方案，典型地，用来满足30至80kW范围主逆变器。与传统TO-247封装(如图3所示)相比，专利型超级TO-247封装具有一些独有的特性：首先是采用一个夹子将部件附着在散热器上，除去了传统TO-247封装上出现的螺丝孔，将封装内部的空间最大化，以容纳最大可能的芯片。为了与芯片的大电流处理性能相配置，特有的切角引线实现了比传统TO-247封装高出30%的横截面积，从而提高了他们的电流处理性能，并且使得器件运行温度更低，有更少的寄生电感。切角横截面同样可以使器件能安装到标准TO-247封装里。封装上，引脚之间的沟槽增加了爬电距离。最终，符合AEC-Q101的部件要经受苛刻的最后测试程序，它包括了正方形RBSOA和100%箝位电感负载测试。

　　图3：专利型超级TO-247封装的优势

　　简化厂商成本和栅极驱动要求的努力不断推进，客户希望在其应用中降低并联的IGBT和二极管的数量，因此要求大面积芯片的解决方案。由于最新的IGBT和二极管技术是基于超薄芯片技术，当你从超级TO-247这样的传统分立式封装中搬出，构建、处理基至是测试这样的半导体元件就会充满挑战。基于这种原因，可以容纳大的IGBT和二极管芯片的分立式封装价值巨大，它们都完全经过测试并且易于安装。CooliRDIE就是正在开发的解决方案这一。DBC封装的壳内包括一个680V，300A IGBT和一个二极管对，每个芯片都具有可焊接前端金属表面处理。图4给出CooliRDIE封装理念的概览。

　　图4：CooliRDIE封装

　　整个无铅CooliRDIE都是完全的动态供应并经过静态测试，达到其卷带封装上的额定电流。这就使得客户能够采用一处标准的选择并将机器安置到已经准备好的带焊盘准的基座上，处理300A的超薄IGBT和二极管产品。这一部件回流到基底，取代了与大功率模块相关的线步骤。省去引线键合，提高了可靠性和良率，并且降低了成本、寄生电阻和电感。这些器件可采用两种版本(正装和倒装芯片)，可以在一个单独的基底上形成非常紧凑的半桥布局，无需复杂的布局模式(如图5所示)。

　　图5：采用CooliRDIE的紧凑型半桥构建

　　事实上，封装两端上的电子连接甚至还可以允许封装用作总线，可以使用一些能够快速升级的创新型的逆变器布局，如图6所示。

　　图6：采用CooliRDIE的可升级逆变器设计

　　将可焊接前端金属增加到硅片上，意味着芯片可以在两面进行焊接，因此去除了对于焊线的需求。这同样还有一个优点，释放出了传统用于焊线的芯片顶部空间——而现在这种空间可用于冷却。通过从两面对部件进行制冷的性能，可以将电流处理性能提升50%—或者确实降低相似工作点上的芯片尺寸，并进而降低成本。如果无需双面制冷，那么仅仅的增加一个顶端的散热量就可以证明其在提高组装的散热性能方面非常有效，进而可以帮助提升短时间峰值电流能力。