用于电动汽车的功率半导体模块设计

用于电动汽车的功率半导体模块设计

汽车行业目前正在经历一个重大的技术变革时期，这已经是个不争的事实。过去100多年里，内燃机引擎中都在使用燃油泵和活塞，而现在正在被锂离子电池、逆变器和IGBT所取代。简言之，汽车正在变得更加电子化。汽车的第一次电子化可能仅仅被看作是增加其电子含量的演练，或在适应现有的非汽车系统(如高压工业驱动器)，最终适应汽车中的应用。然后，采用这种方法将会大大低估可能面临的挑战。在功率和电压等级方面，就目前的相似度而言，它们都与相关的工业离线应用类似。在汽车世界里，空间和重量都受到限制，而且环境也很恶劣，0ppm(ppm=不合格品个数*1000000/批量)质量至关重要，而让问题变得更加严重的是，纯电动车(EV)中的能源供应是有限的，因此效率就成为关键所在。所以，我们还不能忽略对于低成本系统的需求，要与内燃机引擎(在过去几十年里，这一技术在鲁棒性、可靠性和出色的功率密度方面进行了优化)进行竞争。这是一个新兴的市场，需要专门基于这一因素开发半导体解决方案!

在众多电动汽车中，需求最多的便是主逆变器，在这里，采用专门针对应用进行开发的芯片和封装解决方案至关重要。在(H)EV发展早期，普遍采用工业砖型模块(这些最初是设计用于工业离线应用)，因此对于汽车的功率密度以及有限结构因数的限制基本没有考虑。它们一般包括IGBT和二极管，额定电压为600V或1200V，结温最高达到150℃。在室温范围内，短路保护性能限制在6μs.在汽车世界中，一个重要的因数是工作温度范围，其最低可以达到-40℃，在更低的温度下，IGBT和二极管的BV(击穿电压)下降，器件处理电压峰值时，潜在的会带来一些问题。为此，采用具有更高BV的功率元件将会受益，CooliRIGBT Gen 2平台便是一个示例。