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HEEV封装SiC??椋焊咝?、高可靠的新型车规级产品

近年来,电动汽车行业正迅速崛起,成为了当今汽车市场的一个重要领域。消费者对于清洁能源和高效能源利用的关注不断上升,以及政府对碳排放的监管加强,都推动了电动汽车的市场需求。

作者:Raffael Schnell, VP Product Management & Applications, SwissSEM Technologies
张强,赛晶亚太半导体科技(浙江)有限公司

电动汽车的市场定位不仅在于其外观和高性能,还在于创新和绿色科技的结合。这些汽车通常采用最先进的电动驱动技术,以提供卓越的性能和高功率输出。同时,轻量化设计和材料选择是电动汽车的关键特点,旨在提高能源效率并延长电池续航里程。

在这个竞争激烈的市场中,赛晶亚太半导体SwissSEM HEEV封装SiC??槌晌艘幌钪匾募际醮葱?。它不仅能够满足高功率要求,还能轻量化设计,提高系统效率。

HEEV封装SiC??椴捎昧?200V SiC MOSFET芯片,特别适用于800V高压平台应用。其Rds(on)仅为1.8mΩ@25℃,这意味着它具备卓越的导通特性,使其能够应对高达250kW的电驱动功率要求。这一低电阻特性不仅有助于提高电动汽车的效率,还能够降低系统能耗,为用户带来更高的性能和更长的续航里程。

图1: 赛晶HEEV封装SiC???/figcaption>

一、HEEV封装SiC??榫蔡问?/span>

赛晶目前采用了经过车规级认证的两种类型SiC晶圆,以下是这两种晶圆的静态特性对比表格:

表1:两种类型SiC晶圆静态特性对比

通过对HEEV封装SiC??榻峁沟挠呕?,赛晶成功地与行业领先企业的同规格封装??榻辛吮冉?,并取得了以下三项显著的优势:

① 封装体积:相较于头部企业提供的同规格???,赛晶的封装体积仅为其一半。这意味着赛晶的封装更为紧凑,有助于电动汽车系统的空间利用效率,同时也可以降低整车的重量和提高搭载性能。

② 连接阻抗:赛晶的??榻哟サ缱瑁≧d+Rss)仅为0.245mΩ,而相比之下,头部企业的??榈牧幼杩刮?.5mΩ。这意味着赛晶的??樵诘缌鞔浞矫姹硐指映錾?,减少了能量损失,提高了效率。

③ 杂散电感:赛晶的??榧纳绺薪鑫?.1nH,而头部企业的??樵蛭?.5nH。这表示赛晶的??樵诟咂涤τ弥芯哂懈偷脑由⒌绺?,有助于降低电磁干扰并提高系统稳定性。

二、HEEV封装SiC??槎匦苑治?/span>

开通特性

HEEV封装SiC??樵?25℃结温、800V母线电压,门极电阻分别为5Ω和3Ω对应的开通暂态波形及相关数据如下图所示,主要包含了开通电流ID、开通电流峰值IDm、开通di/dt,开通延时tdon,开通电流上升时间tr,开通损耗Eon等关键数据。

图2:开通暂态波形及相关数据

关断特性

HEEV封装SiC??樵?25℃结温、800V母线电压,门极电阻分别为5Ω和3Ω对应的关断暂态波形及相关数据如下图所示,主要包含了关断电流ID、关断dv/dt,关断延时tdoff,关断电流下降时间tf,关断损耗Eoff等关键数据。

图3:关断暂态波形及相关数据

HEEV封装SiC模关断2倍额定电流1500A的波形如下图所示。从图中可以观察到,波形显示没有振荡,而且电压被有效地抑制在了1200V以下。这表明HEEV SiC??樵诠囟鲜北硐殖隽私锨康穆嘲粜院臀榷ㄐ?。这是非常重要的,特别是在高电流和高压条件下,??榈墓囟咸匦远韵低车陌踩院涂煽啃灾凉刂匾?。

图4:关断2倍额定电流1500A的波形图

反向恢复特性

HEEV封装SiC??槟诓啃鞫茉?25℃结温、800V母线电压,门极电阻分别为5Ω和3Ω对应的反向恢复波形及相关数据如下图所示,主要包含了关断电流ID、反向恢复电荷Qrr、二极管关断di/dt、反向恢复损耗Erec、二极管关断电压dv/dt和反向恢复电流IRR等关键数据,这些数据表明HEEV SiC??榈哪诓啃鞫芫哂谐錾姆聪蚧指刺匦?,包括低反向恢复电荷、低反向恢复损耗和较快的二极管关断速度。这对于提高系统的效率、降低损耗以及减少电磁干扰都非常重要,特别是在高温和高压条件下。

图5:反向恢复波形及相关数据

三、HEEV封装SiC??檎阅?/span>

俗话说,“好马配好鞍”。为了充分发挥HEEV封装SiC??榈男阅?,赛晶特别为其设计了一套水冷方案,并配备了安装压条。功率模组的3D结构如下图所示,主要包括以下三部分:

图6: 水冷方案示意图

①桥式压板:桥式压板是功率模组的关键组件之一。它的主要作用是将HEEV封装SiC??槲裙痰匕沧霸谙低持?,并提供足够的机械支持。这有助于确保??樵诟吖β什僮飨虏换崾艿交嫡穸虺寤鞯挠跋?,从而保持系统的稳定性。

② HEEV封装SiC??槭钦龉β誓W榈暮诵?。它包含SiC功率器件和相关电路,负责将电能从电源传输到负载,同时实现高效的功率转换。HEEV封装SiC??榈男阅芎臀榷ㄐ远哉鱿低车男阅苤凉刂匾?。

③ 水冷散热器:水冷散热器是用于散热的关键组件。它通过水冷却的方式将HEEV封装SiC??榈娜攘坑行У厣⒎?,保持??樵谑室说墓ぷ魑露确段?。这有助于提高系统的可靠性和长期稳定性,尤其是在高负载和高温环境下。

封装优势

HEEV封装SiC??椴捎昧艘幌盗邢冉姆庾凹际鹾凸ひ?,具有多项优势,旨在提升其性能、环境友好性和寿命:

①环境友好性:采用了压注封装工艺,使其具备出色的环境抵抗能力。这种封装可以有效地抵御诸如空气湿度等恶劣环境因素对??榈挠跋?,提高了??榈哪途眯院涂煽啃?。这对于电动汽车等需要在各种气象条件下工作的应用非常重要。

② 提升功率循环寿命:为了提高??榈墓β恃肥倜?,采取了多项措施。去除了绝缘衬底和底板之间的焊接层,减少了热压下的热应力,有助于延长??榈氖倜?。采用芯片银烧结和铜线绑定等先进工艺,提高了??槟诓苛拥目煽啃院偷既刃?,从而进一步提高了??榈氖倜?。

③提升散热效率:为了有效散热,??椴捎昧宋薜装逯苯铀浞桨?。这种设计可以将热量迅速传导到散热器,并通过水冷却的方式将热量散发,确保??樵谑室说奈露确段谠诵?。同时,采用先进的陶瓷材料降低芯片至散热器的热阻,进一步提高了散热效率。

图7: 封装示意图

出色的水冷方案

赛晶的HEEV封装SiC??樗浞桨妇哂卸嘞钣攀?,旨在解决传统水冷散热器在多??榕渲弥猩⑷刃屎湍?槲露染夥矫娲嬖诘募际跷侍猓?/p>

①??椴⒘剿渖⑷绕鳎翰捎媚?椴⒘剿渖⑷绕?,可以将多个HEEV??橛行У亓拥酵桓錾⑷认低持?。这种设计提高了系统整体的散热效率,确保每个??槎寄芑竦米愎坏纳⑷?,避免了??槲露炔痪獾奈侍?。

②大湍流方案:采用大湍流方案,可以在冷却液中产生更大的湍流效应,从而提高了散热效率。这意味着更多的冷却液会流经???,有效地冷却??榈娜攘?,降低了??槲露?。

③降低??槿锐詈希和ü慕湎低车纳杓?,赛晶成功地降低了??橹涞娜锐詈闲в?。这意味着一个??榈母呶虏换岫韵嗔谀?椴好嬗跋?,确保每个??槎寄芄欢懒?、有效地散热。

4专利技术支持:赛晶申请了相关专利,为该水冷方案提供了法律?;?,使其成为一项独特的技术创新。

针对两种散热方案,赛晶进行了CFD仿真,并对比了两种散热方式的差异,可以看出在同样流量下,并联水冷方案相比串联水冷方案热阻更低,水压更均匀,这为提升??楣β拭芏群涂煽啃蕴峁┝擞辛ΡU?。

图8: 出色的水冷方案

逆变器性能

基于采用HEEV封装方案的电驱逆变器输出功率在最大输出功率可达250kW,输出电流与开关频率关系曲线如图9所示。

图9: 输出电流与开关频率关系图

电力电子领域的革命性创新

电动汽车市场正迎来飞速发展,赛晶也正积极参与并塑造这一充满活力的领域。赛晶专注于高端功率半导体产品的研发和制造,其中包括IGBT、FRD以及碳化硅等芯片和???。赛晶的研发中心位于瑞士,技术团队由来自欧洲和国内顶尖的IGBT设计和制造专家组成,拥有几十年实践经验和卓越的业绩,是功率半导体领域的领导者之一。

赛晶的最新创新产品,HEEV封装SiC???,旨在满足电动汽车市场的高功率、轻量化和高可靠性需求,同时考虑了高性能马达驱动的应用需求。这一??榈难蟹⒈澈笫侨Р欢献非笞吭降墓こ毯涂萍际盗Φ奶逑?,为电动汽车和电力电子领域的创新提供了关键支持。

赛晶在功率半导体领域的领导地位和技术实力,将继续推动电动汽车行业的发展,并为可持续能源和电动交通的未来做出贡献。

https://www.swiss-sem.com/zh/

http://www.yangzhoubaguai.cn

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