电动汽车先进功率半导体模块应用解决方案
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电动汽车先进功率半导体模块应用解决方案
1
汽车级功率模块对应车型一览
Integrated Power [kW]
10 20 30 40 50 60 70 80 90～120
Vehicle
ULV μ Hybrid
Mild Hybrid
PHEV, BEV, FCEV Full Hybrid
1200V/300A CT300CJ1A120
DLB: Direct Lead Bonding (wire bond less) 直接主端子绑定结构
CSTBTTM : Carrier Stored Trench-Gate Bipolar Transistor 载流子存储式沟道型双极晶体管
5
J1系列汽车级B型ຫໍສະໝຸດ Baidu率模块
J1系列A型功率模块产品一览 650V/300A CT300CJ1A060
J1系列A型功率模块(115mm*120mm*31mm)
J1系列 A型功率模块内部结构框图
650V/600A CT600CJ1A060
650V/700A CT700CJ1A060
900V/400A CT400CJ1A090
Power Devices
J-‐Series T-‐PM （Indirect cooling）
J1-‐Series Module （Direct Water-‐cooling）
J-‐Series IPM（Indirect cooling）
J1系列B型产品一览
650V/1000A CT1000CJ1B060 1200V/600A CT600CJ1B120
J1-Series B型内部结构框图
P
P
UPV
VPV
WPV
UPG1,UPG2 UPA
UPS UPE
VPG1,VPG2 VPA
VPS VPE U
WPG1,WPG2 WPA
WPS WPE V
载流子存储式沟道型双极晶体管
6
J1系列EV PM封装技术
J1系列EV PM内部封装结构
直接主端子绑定技术Direct Lead Bond (DLB)
Al wire
Cu lead
Substrate W/B
DLB
Chip (IGBT)
DLB
• DLB扩大了绑定面积，温度分布更均匀 • DLB可改善了内部连接的寿命
2
电动汽车对功率模块的要求
紧凑性
⻓长寿命
节能性
重量轻
汽⻋车级 功率模块
安全无 故障运
行
易冷却
高可靠 性
抗振性
综合考虑这些因素，使其实现最优化Cost-Quality-Performance平衡
3
汽车级功率模块IGBT解决方案
提供两种非定制汽车级功率模块解决方案:
optimisation
C IGBT
E 11
硅片级集成温度传感器
• 硅片上集成温度传感器，实现安全、快速的 IGBT过温保护
• 温度检测输出具有线性传输特性
温度检测
2.8
2.6
P ull-up r esistor
C onstant c urrent
2.4
Temperature sensing Diode
J1系列B型产品特性
• 底板带有散热铝柱的直接冷却型6-in-1紧凑型封装结构
• 高可靠性直接主端子绑定DLB结构 • 第7代低损耗CSTBTTM 硅片技术 • 硅片级温度传感器和电流传感器
• 实现大功率电动汽车逆变器应用
• 符合无铅, RoHS标准
J1系列B型功率模块（163.0×124.5×28.5(mm)
Æ 大幅提高了功率循环次数（P/C）和 温度循环次数（T/C） • DLB降低了内部电感（低至57%）
7
功率循环次数P/C和温度循环次数T/C
8
功率循环试验结果
判断损坏的标准： *1：DLB焊接面积减少50%（但性能并未降低） *2：绑定线脱线（开路损坏）
9
硅片集成温度传感器和电流传感器
u 硅片级温度传感器直接检测IGBT的结温，用于过温保护； u 硅片级电流传感器直接检测IGBT的发射极电流，用于短路保护； u 这样的短路/过热保护更准确、更安全、也更可靠。
P W
UNG1,UNG2 UNA
UNS UNE
VNG1,VNG2 VNA
VNS VNE
WNG1,WNG2 WNA
WNS WNE
N
N
N
DLB: Direct Lead Bonding (wire bond less) 直接主端子绑定结构
CSTBTTM : Carrier Stored Trench-Gate Bipolar Transistor
10
IGBT模块的短路保护方式
Vcc In Fo
GND
Supply Voltage
Detection
UV
OT
On Chip Temperature Detection
Fault Logic
SC
Auxiliary Emitter Current
Measurement
Driver
Gate Drive adjustment for EMI
E-Mobility
J1-Series EV PM (6-in-1 直接冷却结构功率模块 )
J-Series EV T-PM (2-in-1 压注模功率模块）
注：目前在中国主要推广J1系列EV PM
4
J1系列汽车级A型功率模块
J1系列A型功率模块特性
• 底板带有散热铝柱的直接冷却型6-in-1紧凑型封装结构 • 高可靠性直接主端子绑定DLB结构 • 低损耗CSTBTTM 硅片技术 • 硅片级温度传感器和电流传感器 • 符合无铅,RoHS标准
Emitter
Cathode Anode
Gate Current Sense
* chip image for illustration purposes
O utpu t voltage[V ]
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4 0
50
100
150
200
T j[℃]
温度检测电路举例
12
汽车级IGBT驱动IC M81603/05JFP
优化的新IGBT驱动IC M81603/05JFP，应用于三菱电机汽车级功率模块。
9.0±0.2mm
• 门极驱动IC应用于IGBT模块
• 晶体管控制信号起到过电流保护(OC)
1
汽车级功率模块对应车型一览
Integrated Power [kW]
10 20 30 40 50 60 70 80 90～120
Vehicle
ULV μ Hybrid
Mild Hybrid
PHEV, BEV, FCEV Full Hybrid
1200V/300A CT300CJ1A120
DLB: Direct Lead Bonding (wire bond less) 直接主端子绑定结构
CSTBTTM : Carrier Stored Trench-Gate Bipolar Transistor 载流子存储式沟道型双极晶体管
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J1系列汽车级B型ຫໍສະໝຸດ Baidu率模块
J1系列A型功率模块产品一览 650V/300A CT300CJ1A060
J1系列A型功率模块(115mm*120mm*31mm)
J1系列 A型功率模块内部结构框图
650V/600A CT600CJ1A060
650V/700A CT700CJ1A060
900V/400A CT400CJ1A090
Power Devices
J-‐Series T-‐PM （Indirect cooling）
J1-‐Series Module （Direct Water-‐cooling）
J-‐Series IPM（Indirect cooling）
J1系列B型产品一览
650V/1000A CT1000CJ1B060 1200V/600A CT600CJ1B120
J1-Series B型内部结构框图
P
P
UPV
VPV
WPV
UPG1,UPG2 UPA
UPS UPE
VPG1,VPG2 VPA
VPS VPE U
WPG1,WPG2 WPA
WPS WPE V
载流子存储式沟道型双极晶体管
6
J1系列EV PM封装技术
J1系列EV PM内部封装结构
直接主端子绑定技术Direct Lead Bond (DLB)
Al wire
Cu lead
Substrate W/B
DLB
Chip (IGBT)
DLB
• DLB扩大了绑定面积，温度分布更均匀 • DLB可改善了内部连接的寿命
2
电动汽车对功率模块的要求
紧凑性
⻓长寿命
节能性
重量轻
汽⻋车级 功率模块
安全无 故障运
行
易冷却
高可靠 性
抗振性
综合考虑这些因素，使其实现最优化Cost-Quality-Performance平衡
3
汽车级功率模块IGBT解决方案
提供两种非定制汽车级功率模块解决方案:
optimisation
C IGBT
E 11
硅片级集成温度传感器
• 硅片上集成温度传感器，实现安全、快速的 IGBT过温保护
• 温度检测输出具有线性传输特性
温度检测
2.8
2.6
P ull-up r esistor
C onstant c urrent
2.4
Temperature sensing Diode
J1系列B型产品特性
• 底板带有散热铝柱的直接冷却型6-in-1紧凑型封装结构
• 高可靠性直接主端子绑定DLB结构 • 第7代低损耗CSTBTTM 硅片技术 • 硅片级温度传感器和电流传感器
• 实现大功率电动汽车逆变器应用
• 符合无铅, RoHS标准
J1系列B型功率模块（163.0×124.5×28.5(mm)
Æ 大幅提高了功率循环次数（P/C）和 温度循环次数（T/C） • DLB降低了内部电感（低至57%）
7
功率循环次数P/C和温度循环次数T/C
8
功率循环试验结果
判断损坏的标准： *1：DLB焊接面积减少50%（但性能并未降低） *2：绑定线脱线（开路损坏）
9
硅片集成温度传感器和电流传感器
u 硅片级温度传感器直接检测IGBT的结温，用于过温保护； u 硅片级电流传感器直接检测IGBT的发射极电流，用于短路保护； u 这样的短路/过热保护更准确、更安全、也更可靠。
P W
UNG1,UNG2 UNA
UNS UNE
VNG1,VNG2 VNA
VNS VNE
WNG1,WNG2 WNA
WNS WNE
N
N
N
DLB: Direct Lead Bonding (wire bond less) 直接主端子绑定结构
CSTBTTM : Carrier Stored Trench-Gate Bipolar Transistor
10
IGBT模块的短路保护方式
Vcc In Fo
GND
Supply Voltage
Detection
UV
OT
On Chip Temperature Detection
Fault Logic
SC
Auxiliary Emitter Current
Measurement
Driver
Gate Drive adjustment for EMI
E-Mobility
J1-Series EV PM (6-in-1 直接冷却结构功率模块 )
J-Series EV T-PM (2-in-1 压注模功率模块）
注：目前在中国主要推广J1系列EV PM
4
J1系列汽车级A型功率模块
J1系列A型功率模块特性
• 底板带有散热铝柱的直接冷却型6-in-1紧凑型封装结构 • 高可靠性直接主端子绑定DLB结构 • 低损耗CSTBTTM 硅片技术 • 硅片级温度传感器和电流传感器 • 符合无铅,RoHS标准
Emitter
Cathode Anode
Gate Current Sense
* chip image for illustration purposes
O utpu t voltage[V ]
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4 0
50
100
150
200
T j[℃]
温度检测电路举例
12
汽车级IGBT驱动IC M81603/05JFP
优化的新IGBT驱动IC M81603/05JFP，应用于三菱电机汽车级功率模块。
9.0±0.2mm
• 门极驱动IC应用于IGBT模块
• 晶体管控制信号起到过电流保护(OC)