用于電動(dòng)汽車的液冷GaN和SiC功率模塊

電源模塊的高級(jí)封裝是非常重要。包裝優(yōu)化是提高性能的解決方案之一。WBG器件具有比Si器件更高的功率密度，并且需要更好的熱設(shè)計(jì)考慮以保持最佳工作條件。例如將封裝類型從SO-8更改為L(zhǎng)GA可以改進(jìn)功率損耗。

近日，第九屆國(guó)際第三代半導(dǎo)體論壇（IFWS）&第二十屆中國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體照明論壇（SSLCHINA）于廈門召開。期間，“第三屆車用半導(dǎo)體創(chuàng)新合作峰會(huì)”分會(huì)上，加拿大多倫多大學(xué)教授吳偉東做了”應(yīng)用于電動(dòng)汽車的GaN和SiC液冷功率模塊”的主題報(bào)告，分享了相關(guān)研究進(jìn)展。涉及到裝配流程、熱和電氣注意事項(xiàng)、三維堆疊輸出級(jí)、設(shè)計(jì)示例等。

報(bào)告指出，電動(dòng)汽車應(yīng)用的功率轉(zhuǎn)換器，需要通過液體冷卻進(jìn)行有效的散熱。液體冷卻器和電源模塊通常由汽車零部件和半導(dǎo)體制造商獨(dú)立設(shè)計(jì)，可能導(dǎo)致熱通道效率低下。緊湊型GaN智能功率模塊（IPMs）的替代制造工藝，一體式設(shè)計(jì)，將IPM直接連接到液體冷卻器上。對(duì)于液冷功率模塊（典型設(shè)計(jì)流程），傳統(tǒng)的液冷功率模塊通常是獨(dú)立制造的，負(fù)責(zé)其它封裝工藝的半導(dǎo)體制造商并不參與其中。未來，需要一種聯(lián)合設(shè)計(jì)方法來優(yōu)化液冷功率模塊的熱性能。

報(bào)告介紹了定制設(shè)計(jì)的液冷電源模塊、模塊制造工藝流程、典型測(cè)試設(shè)置、典型的PCB應(yīng)用、功率模塊的熱考慮、熱分析-有限元分析模擬、設(shè)計(jì)示例-雙面堆疊、雙面堆疊組件（三維視圖、電源回路），功率環(huán)路寄生電感的影響等內(nèi)容。報(bào)告指出了基于WBG器件的模塊設(shè)計(jì)，涉及電氣性能（系統(tǒng)體積?。┡c熱性能設(shè)計(jì)（大系統(tǒng)體積）的挑戰(zhàn)。垂直電源模塊設(shè)計(jì)方面，涉及基于VDMOS的電源模塊溫度分布與垂直電源模塊的效率和紅外相機(jī)鏡頭下的熱成像圖。

報(bào)告指出，必須從一開始就進(jìn)行基于機(jī)械、電氣和熱考慮的聯(lián)合設(shè)計(jì)。AMB和WBG功率晶體管裸晶的放置/幾何形狀影響熱性能和電性能之間的權(quán)衡，更寬的間距提供了更好的熱性能，但代價(jià)是電氣性能惡化。未來研究將繼續(xù)探索不同的AMB材料和包裝結(jié)構(gòu)，繼續(xù)探索具有卓越熱管理和電氣性能的經(jīng)濟(jì)高效的液冷封裝。

審核編輯：劉清