以下完整內(nèi)容發(fā)表在「SysPro電力電子技術(shù)」知識星球-《TMC2025記錄|功率半導(dǎo)體創(chuàng)新技術(shù)》系列- 文字原創(chuàng)，素材來源：TMC 現(xiàn)場記錄、廠商官網(wǎng)- 本篇為節(jié)選，完整內(nèi)容會在知識星球發(fā)布，歡迎學(xué)習(xí)、交流

導(dǎo)語：6月初參加了第十七屆國際汽車動力系統(tǒng)技術(shù)年會（TMC2025），作為年會核心板塊的“新能源汽車及功率半導(dǎo)體協(xié)同創(chuàng)新技術(shù)論壇”，匯聚了英飛凌、Yole、比亞迪、吉利、理想、芯聯(lián)集成、采埃孚、羅姆、ST等全球頂尖企業(yè)，以及中國科學(xué)院、復(fù)旦大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)，圍繞第三代/第四代半導(dǎo)體材料應(yīng)用、SiC/GaN功率模塊先進(jìn)封裝革命、車規(guī)級芯片自主化等議題展開深度研討。
從SiC在電驅(qū)動系統(tǒng)的前沿應(yīng)用，到CIPB功率芯片嵌入式封裝從實(shí)驗室到量產(chǎn)的創(chuàng)新突破；從基于氮化鎵PCB嵌埋封裝在混合動力汽車的實(shí)踐，到SiC功率模塊先進(jìn)封裝技術(shù)的最新成果。全方位呈現(xiàn)行業(yè)創(chuàng)新活力這場技術(shù)盛宴不僅揭示了功率半導(dǎo)體如何重塑新能源汽車的“心臟”，更勾勒出未來三年行業(yè)技術(shù)路線圖與產(chǎn)業(yè)生態(tài)重構(gòu)方向在哪里？
我會用"三部曲"解讀本次TMC年會關(guān)于功率半導(dǎo)體相關(guān)議題的主要內(nèi)容，看看這一年寬禁帶功率半導(dǎo)體發(fā)生了哪些有趣的故事？出現(xiàn)了哪些前瞻性的解決方案？又帶來了怎樣的技術(shù)革新？本篇為第二曲。

圖片來源：TMC

目錄

TMC2025觀察 | 功率半導(dǎo)體創(chuàng)新技術(shù)的20個前瞻故事（上篇）

TMC2025觀察 | 功率半導(dǎo)體創(chuàng)新技術(shù)的20個前瞻故事（中篇）

9. 大尺寸塑封SiC模塊：可靠性驗證與車規(guī)級量產(chǎn)挑戰(zhàn)

10. 理想汽車自研碳化硅功率模塊

11. 采埃孚芯片內(nèi)嵌(CIPB)技術(shù)及展望

12. 極致成本、極致體積主驅(qū)電功率磚解決方案

13. 電驅(qū)應(yīng)用SiC模塊的發(fā)展趨勢和核心競爭力

14. 無壓銀燒結(jié)在功率模塊的應(yīng)用

TMC2025觀察 | 功率半導(dǎo)體創(chuàng)新技術(shù)的20個前瞻故事（下篇）

|SysPro備注：本文為概述，更多記錄與解讀請在知識星球中查閱

TMC2025觀察 | 功率半導(dǎo)體創(chuàng)新技術(shù)的20個前瞻故事

（中篇）

09 國揚(yáng)電子

大尺寸塑封SiC模塊：可靠性驗證與車規(guī)級量產(chǎn)挑戰(zhàn)

揚(yáng)州國揚(yáng)電子的副總經(jīng)理劉奧先生，為我們帶來了關(guān)于“大尺寸塑封SiC模塊：可靠性驗證與車規(guī)級量產(chǎn)挑戰(zhàn)”的主題報告。

在SiC MOSFET技術(shù)路線方面，主要分為DMOSFET和UMOSFET兩種結(jié)構(gòu)，不同廠商有著各自的技術(shù)側(cè)重。而對于SiC MOSFET的關(guān)鍵科學(xué)問題，主要集中在材料缺陷、應(yīng)力、摻雜的綜合調(diào)控及其與功率器件性能的關(guān)聯(lián)規(guī)律

1；MOS溝道輸運(yùn)特性提升機(jī)制，即導(dǎo)通電阻 - 擊穿電壓的最優(yōu)耦合關(guān)系

2；以及電、熱、濕氣機(jī)械綜合應(yīng)力及惡劣工況下模塊失效機(jī)理

3，以便對芯片和模塊進(jìn)行可靠性加固。

圖片來源：國揚(yáng)電子

在模塊設(shè)計上，以國揚(yáng)電子推出的兩款全塑封模塊為例，設(shè)計過程中需要重點(diǎn)關(guān)注模塊的寄生電感。通過實(shí)測和仿真相結(jié)合的手段，確保模塊的寄生電感滿足設(shè)計要求。同時，PC能力循環(huán)、H3TRB（高溫高濕反偏試驗）、TST（溫度循環(huán)試驗）能力等都是關(guān)鍵考核性指標(biāo)。

圖片來源：國揚(yáng)電子

進(jìn)一步地，劉奧先生在PC能力循環(huán)、TST能力提升、均流能力提升、短路測試與結(jié)溫標(biāo)定方面做了深入淺出的講解，為系統(tǒng)級應(yīng)用提供了詳實(shí)的依據(jù)。特別針對客戶關(guān)心的問題，如SiC MOSFET正負(fù)電壓不對稱問題，為什么實(shí)際上負(fù)壓沒有寫到正壓那么高？在評價模塊出流能力時，不能僅僅看標(biāo)稱的電流值，還應(yīng)關(guān)注規(guī)格書上的標(biāo)稱參數(shù)？背后依據(jù)是什么？在SiC的耐擊穿能力方面，各廠家在設(shè)計SiC模塊時，擊穿電壓一般要如何對待？最后，從Si轉(zhuǎn)向SiC時，需要注意哪些內(nèi)容？

圖片來源：國揚(yáng)電子

從產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)來看，國揚(yáng)電子作為封測公司，其母公司中國電子科技集團(tuán)在SiC芯片生產(chǎn)方面具有強(qiáng)大的實(shí)力。國揚(yáng)電子實(shí)現(xiàn)了從外延片到SiC芯片，再到模塊的內(nèi)部內(nèi)循環(huán)，協(xié)同重點(diǎn)實(shí)驗室部門、電力電子部和國揚(yáng)電子三個部門，共同推動SiC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

在技術(shù)迭代方面，從早期的平面MOSFET到溝槽型SiC MOSFET，再到未來計劃發(fā)展的超結(jié)型SiC MOSFET，不斷追求更低的比導(dǎo)通電阻，以滿足電網(wǎng)等高壓領(lǐng)域的應(yīng)用需求。同時，模塊也在向全塑封、扁平化方向發(fā)展，計劃推出性能更優(yōu)的SiC模塊。

圖片來源：國揚(yáng)電子

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10 理想汽車

理想汽車自研碳化硅功率模塊

理想汽車動力驅(qū)動電力電子開發(fā)總監(jiān)袁寶成先生，為我們帶來了“理想汽車自研碳化硅功率模塊”這一主題。理想汽車在2021年年底正式立項自研碳化硅功率模塊，經(jīng)過三年半的開發(fā)，該產(chǎn)品在2024年4月份正式批產(chǎn)，并將很快搭載純電車型對外批產(chǎn)交付。

圖片來源：理想汽車

理想汽車開發(fā)功率模塊主要基于三個方面的考慮：一是作為車企，希望通過自研掌握核心技術(shù)，提升產(chǎn)品競爭力；二是開發(fā)具有優(yōu)勢的功率模塊，以滿足自身產(chǎn)品的需求；三是應(yīng)對開發(fā)過程中的各種挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。

理想汽車該功率模塊采用半橋塑封、全橋結(jié)構(gòu)，尺寸小且容量大，系統(tǒng)電感達(dá) 10nH，這是如何實(shí)現(xiàn)的呢？袁先生從芯片銀燒結(jié)、銅夾互連、半橋塑封，經(jīng)氣相焊連封閉銅冷板并采用基板直連技術(shù)等角度做了闡述，這些技術(shù)方案對于提升模塊性能起到了關(guān)鍵作用。

圖片來源：理想汽車

此外，電氣設(shè)計，聚焦提高開關(guān)速度，銅夾異型設(shè)計補(bǔ)償空間不對稱，三顆并聯(lián)芯片間用電壓均衡線確保電氣并聯(lián)可靠性，左右獨(dú)立控制引腳降低 AMB 走線面積、支持混合模塊開發(fā)。散熱設(shè)計，用封閉銅冷板，嵌焊形成封閉結(jié)構(gòu)，消除泄漏風(fēng)險，減少零件與組裝工序，組裝工序減 40%，模塊面積降 50%，還具備領(lǐng)先行業(yè)的升壓功能。

圖片來源：理想汽車

理想汽車認(rèn)為，系統(tǒng)電感對 SiC 模塊更重要，通過優(yōu)化相關(guān)設(shè)計使續(xù)航提升 1%。理想汽車從電容、模塊、互聯(lián)技術(shù)角度進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化。

圖片來源：理想汽車

在高質(zhì)量、高可靠性上，理想汽車加大驗證數(shù)量，生命周期超1800 只全橋驗證，超過了一般意義上的10倍以上；開發(fā)了早期壽命分析模型；生產(chǎn)工藝100%自動化；多道檢測及老化保證質(zhì)量（AOI光學(xué)檢測、SAT和AXI檢測，以及芯片、模塊級老化等手段）。

材料體系匹配上，采用全新涂層解決分層，局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)化形成互鎖，針對焊接可靠性開槽形成夾槽，還通過大量H3TRB 實(shí)驗解決了異物控制和離子污染問題。

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11 采埃孚

芯片內(nèi)嵌(CIPB)技術(shù)及展望

采埃孚電驅(qū)事業(yè)部電控負(fù)責(zé)人苑紹志博士，為我們帶來了"芯片內(nèi)嵌(CIPB)技術(shù)及展望”這一主題，進(jìn)一步闡述了采埃孚在這一技術(shù)方向上的思考和進(jìn)展。

苑紹志博士指出，衡量一個模塊好與壞，可以從單位面積、單位體積重量下的出流能力，模塊層級上的效率和單位電流下的成本，以及單位面積下的芯片出流能力等幾個方面進(jìn)行考量。傳統(tǒng)的經(jīng)典功率模塊雖然成熟，但在優(yōu)化過程中面臨著物料成本、生產(chǎn)成本、投資成本、供應(yīng)鏈體系復(fù)雜度以及實(shí)際應(yīng)用過程中的時間和工程成本等諸多挑戰(zhàn)。

圖片來源：ZF

芯片內(nèi)嵌技術(shù)，將芯片合理承載體放到PCB里面，利用PCB的絕緣、機(jī)械防護(hù)和電氣連接等天然優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)更小、更輕、更靈活、更可靠的封裝形式。然而，該技術(shù)也面臨著一些挑戰(zhàn)，如：沒有完整的設(shè)計和測試標(biāo)準(zhǔn)，需要精細(xì)化多指標(biāo)的尋優(yōu)，PCB承載高壓高電流后關(guān)鍵材料的選擇以及散熱和絕緣之間的矛盾等。

圖片來源：ZF

苑博士指出，采埃孚的芯片內(nèi)嵌方案，設(shè)立了非常苛刻的項目目標(biāo)。包括將功率模塊尺寸減小60%，在同等使用條件下芯片出流能力提高30%，具備大批量投產(chǎn)的條件，采用平臺化、模塊化、可擴(kuò)展性的理念，適用于不同的半導(dǎo)體封裝，并建立成熟的供應(yīng)鏈體系。

采埃孚方案的設(shè)計精髓在于：非對稱式的PCB結(jié)構(gòu)，通過這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低熱阻，同時兼顧可靠性和絕緣矛盾。在可量產(chǎn)設(shè)計的關(guān)鍵性能參數(shù)方面，熱阻從芯片到冷卻介質(zhì)小于0.08，雜散電、均流和結(jié)溫等參數(shù)也表現(xiàn)出色。

圖片來源：ZF

基于嵌入式形成的逆變磚以及功率逆變器具有較高的功率密度，當(dāng)前準(zhǔn)備批產(chǎn)的GEN1.0達(dá)到160kW/L。在可量產(chǎn)的設(shè)計驗證方面，進(jìn)行了大量的材料可靠性、界面可靠性以及標(biāo)準(zhǔn)的AQG測試，測試結(jié)果完全可以滿足乘用車使用壽命的要求。特別是針對PCB的導(dǎo)電性陽極細(xì)絲失效形式，采埃孚形成了一套可靠的機(jī)制和平臺化方案，測試結(jié)果非常喜人。

采埃孚的芯片內(nèi)嵌技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，如芯片用量減少30%，產(chǎn)品逆變器尺寸減小60%，同時由于PCB的特性，逆變器可以根據(jù)需求設(shè)計成各種形狀。此外，該技術(shù)還為混連技術(shù)提供了支持，通過合適的控制策略，在同樣尺寸的逆變器下，可以減少80%多SiC的用量，大大降低了成本。

圖片來源：ZF

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12 致瞻科技

極致成本、極致體積主驅(qū)電功率磚解決方案

來自致瞻科技的總功劉昌金先生，為我們帶來了“極致成本、極致體積主驅(qū)電功率磚解決方案”這一主題，聚焦于主驅(qū)電控功率模塊的成本和體積優(yōu)化。

目前，主驅(qū)功率模塊開發(fā)周期長、成本驗證成本高，不同動力架構(gòu)和功率等級采用不同功率模塊會導(dǎo)致成本高且風(fēng)險不可控。因此，平臺化設(shè)計顯得尤為重要，通過平臺化盡量使一個模塊能夠覆蓋多種動力構(gòu)型和功率等級，降低開發(fā)周期和成本。

同時，SiC和IGBT將長期共存，不同車型對電壓等級的需求也不同，這就要求封裝能夠兼容SiC和IGBT，使電驅(qū)系統(tǒng)的形態(tài)基本統(tǒng)一。此外，封裝成本占比逐年增加，而芯片成本快速下降，這也凸顯了降低封裝成本的重要性。

圖片來源：致瞻科技

致瞻科技，提出的ZPAK模塊是一種全新的設(shè)計，采用半橋模塊，通過半橋組成全橋。

該模塊具有多個特點(diǎn)，劉先生對這些特征進(jìn)行了詳盡的介紹。如：采用立體式的換流路徑，實(shí)現(xiàn)低雜感，且成本較低；芯占比達(dá)到85%，降低了封裝成本；巧妙的功率和信號出PIN布局在小尺寸下滿足高絕緣安規(guī)要求；極簡結(jié)構(gòu)和工藝保證極低BOM和工藝成本。

圖片來源：致瞻科技

在系統(tǒng)層面，致瞻通過一系列的方法，使ZPAK模塊可以非常方便地實(shí)現(xiàn)功率的拓展，適用于不同的動力架構(gòu)和功率等級，大大縮小了功率模塊和水冷板等面積，降低了成本。在逆變磚布局方面，從半橋變成全橋，組成逆變磚，再與電機(jī)進(jìn)行端部的連接，組裝非常簡單。

圖片來源：致瞻科技

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13 悉知科技

電驅(qū)應(yīng)用SiC模塊的發(fā)展趨勢和核心競爭力

悉智科技汽車國際BL業(yè)務(wù)總監(jiān)王濤先生，帶來了“電驅(qū)應(yīng)用SiC模塊的發(fā)展趨勢和核心競爭力”這一主題，深入分析了SiC模塊在電驅(qū)應(yīng)用中的發(fā)展趨勢和核心競爭力。

隨著新能源汽車的快速發(fā)展，SiC器件在主驅(qū)車的應(yīng)用增長迅速。為了通過技術(shù)降本，SiC電驅(qū)功率模塊需要關(guān)注回路電感、高溫特性和熱阻等關(guān)鍵性能。

降低回路電感可以實(shí)現(xiàn)更低的開關(guān)損耗，節(jié)省整車的電池成本或進(jìn)一步提升續(xù)航里程。提高工作結(jié)溫可以增加出流能力，進(jìn)一步降本。優(yōu)化熱阻也可以提升出流能力。目前，悉智指出，SiC功率模塊正朝著封閉式或開放式銅/鋁散熱器上焊接/燒結(jié)的塑封功率模塊方向發(fā)展，同時接口部分需要與主機(jī)廠深度定制。

圖片來源：悉智科技

在核心競爭力方面，創(chuàng)新的方案設(shè)計是關(guān)鍵。例如，悉智科技，通過芯片精流技術(shù)、創(chuàng)新的水道技術(shù)、串?dāng)_優(yōu)化技術(shù)和均流技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)更好的性能指標(biāo)。關(guān)鍵封裝技術(shù)開發(fā)也是核心競爭力之一，如Cu clip技術(shù)具有出流更好、BOM成本更低的優(yōu)勢。此外，量產(chǎn)測試篩選和品質(zhì)管控同樣重要，通過晶圓的老化和功率模塊層級老化的測試層級的篩選，確保最終良率。

圖片來源：悉智科技

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14 住友電木

無壓銀燒結(jié)在功率模塊的應(yīng)用

蘇州住友電木的宋大悅先生，為我們帶來了“無壓銀燒結(jié)在功率模塊的應(yīng)用”這一主題，介紹了一種新型的功率模塊連接技術(shù)。

隨著市場對半導(dǎo)體產(chǎn)品需求的增加，對熱管理和熱應(yīng)力管理提出了更高的要求。無壓銀燒結(jié)材料作為一種TIM2材料，具有不需要金屬緊固件螺絲結(jié)合、更好的熱擴(kuò)散效應(yīng)和更高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。

圖片來源：住友電木

與傳統(tǒng)的solder和加壓全燒結(jié)材料相比，無壓銀燒結(jié)材料的BLT較薄，熱量能夠更快地從AMB和SiC芯片傳導(dǎo)到底下的散熱片上；能夠充分填充散熱片和粘結(jié)材料之間的縫隙，使熱更充分地傳導(dǎo)；并且由于部分樹脂材料的加入，增加了結(jié)合力，減小了模量，降低了內(nèi)部應(yīng)力，達(dá)到更高可靠性的表現(xiàn)。

圖片來源：住友電木

在制程管控方面，無壓銀燒結(jié)材料也具有一定的優(yōu)勢。它不需要清洗，避免了溶劑、助焊劑等污染問題，且不需要加壓，減少了物理加壓過程中對芯片的損傷。通過模擬測試，無壓銀燒結(jié)材料在冷熱應(yīng)力考核中的表現(xiàn)優(yōu)于solder材料。

圖片來源：住友電木

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