燒結(jié)銀重塑新能源車電源模塊市場

作為轉(zhuǎn)換器和逆變器的關(guān)鍵組件之一，功率模塊市場傳統(tǒng)上由工業(yè)應(yīng)用驅(qū)動(dòng)。然而，市場現(xiàn)在正在對電動(dòng)汽車領(lǐng)域不斷增長的需求做出反應(yīng)，電動(dòng)汽車領(lǐng)域目前是市場的主要驅(qū)動(dòng)力，而且這種需求將持續(xù)下去，因?yàn)殡妱?dòng)汽車的生產(chǎn)數(shù)量每年都在迅速增加。

但隨著不斷發(fā)展的市場導(dǎo)致需求發(fā)生變化，模塊制造商必須在性能、可靠性和成本之間取得平衡。

一 新能源汽車市場對高可靠性的需求，正在影響功率模塊的技術(shù)發(fā)展

新能源汽車市場比工業(yè)應(yīng)用有更嚴(yán)格的要求，尤其是在功率、效率、穩(wěn)健性、可靠性、成本、尺寸和安全性方面，這正在影響整個(gè)電源模塊市場的技術(shù)創(chuàng)新。

滿足工業(yè)用途的傳統(tǒng)電源模塊封裝元件現(xiàn)在正在被更具創(chuàng)新性的碳化硅元件所取代，這些元件可提供更高的性能和可靠性，但成本更高。

許多模塊制造商正在從基于硅 IGBT 的芯片轉(zhuǎn)向碳化硅，特別是隨著電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)向更高功率（超快充電為 400V 至 1200V）。盡管 SiC MOSFET 系統(tǒng)比 Si IGBT 成本更高，但其效率更高，使電源模塊制造商能夠提供更高的功率，同時(shí)滿足電動(dòng)汽車嚴(yán)格的尺寸限制。

然而，為了較大限度地發(fā)揮 SiC 的優(yōu)勢，必須同時(shí)使用合適的功率模塊封裝解決方案，這導(dǎo)致了可用基板、封裝、芯片貼裝、基板貼裝和電氣互連解決方案方面的許多創(chuàng)新。

例如，在電氣互連方面，業(yè)界正在從鋁線轉(zhuǎn)向低電感銅線。使用銅帶鍵合、頂部預(yù)涂布AS系列燒結(jié)銀的引線框架、柔性銅箔和夾子等定制選項(xiàng)的無線電源模塊將出現(xiàn)相當(dāng)大的增長。

市場還看到銅基平板基板的創(chuàng)新。為了更好地集成冷卻系統(tǒng)和電源模塊，并較大限度地減少散熱路徑中不同層的數(shù)量，針對高功率密度應(yīng)用提出了結(jié)構(gòu)化基板解決方案，例如針鰭設(shè)計(jì)。

在芯片連接材料方面，模塊制造商正在從焊接轉(zhuǎn)向兼容高溫的AS系列銀燒結(jié)。所使用的基板也從直接鍵合銅（DBC）（例如氧化鋁-DBC陶瓷基板）轉(zhuǎn)向活性金屬釬焊（AMB）陶瓷基板（例如氮化硅-AMB）。氮化硅-AMB 具有更好的導(dǎo)熱性，因此具有更高的可靠性。

此外，從單側(cè)電源模塊冷卻轉(zhuǎn)向雙面電源模塊冷卻可改善散熱和熱管理。

但是，雖然電源模塊中的這些創(chuàng)新提高了性能和可靠性，但它們也大大增加了整個(gè)模塊的成本。由于當(dāng)今市場上的許多模塊已經(jīng)提供了相當(dāng)?shù)母咝阅埽虼艘愿叱杀炯伤锌赡艿膭?chuàng)新可能并不是模塊制造商實(shí)現(xiàn)差異化的較明智之舉。由于成本是一個(gè)關(guān)鍵因素，模塊制造商現(xiàn)在正在從“優(yōu)秀”設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)向“足夠好”設(shè)計(jì)方法，以實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新和成本之間的平衡。

二 功率模塊制造商如何平衡成本和性能

由于 SiC 芯片是功率模塊中較昂貴的部分（占功率模塊總成本的 70% 以上），一些公司選擇保留 Si IGBT 芯片，但使用更先進(jìn)的基板、電氣互連或封裝解決方案。通過這種方式，公司可以提供足夠好的性能，同時(shí)降低成本。

例如，捷豹I-Pace車型逆變器中Vitesco Technologies的IGBT模塊采用了基于定制圖案銀夾的創(chuàng)新互連，以及芯片底部和頂部的創(chuàng)新性的AS系列雙面燒結(jié)銀。底板采用銅制冷卻頭，其為封閉結(jié)構(gòu)，具有外部冷卻液的入口和出口。這與市場上常見的開放式針鰭設(shè)計(jì)大不相同，凸顯出越來越多的模塊制造商正在對基板進(jìn)行創(chuàng)新以改善散熱。

與創(chuàng)新組件一起使用的另一個(gè) Si IGBT 模塊的例子是集成在中國汽車制造商---智己的 IM L7 汽車逆變器中的賽米控-丹佛斯 DCM 模塊。底板設(shè)計(jì)采用了該公司專有的“淋浴電源”技術(shù)，可提供高效的直接液體冷卻，且電源模塊組件之間不會出現(xiàn)溫度梯度。對于互連，賽米控-丹佛斯采用創(chuàng)新的三步工藝，其中將銅帶附著在 DBB 銅箔上，而 DBB 銅箔是將AS系列燒結(jié)銀燒結(jié)到芯片上的。賽米控-丹佛斯還在基于 SiC 的模塊中提供了這項(xiàng)技術(shù)，該技術(shù)將提供“卓越”的性能，但成本更高。

電源模塊對電動(dòng)汽車的整體性能起著至關(guān)重要的作用，當(dāng)今市場上的各種系統(tǒng)表明汽車制造商正在越來越接近系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)。功率模塊制造商的客戶曾經(jīng)是逆變器制造商，現(xiàn)在他們的主要客戶是汽車制造商，凸顯了供應(yīng)鏈的重塑。此外，特斯拉、寶馬等一些汽車制造商正在建設(shè)內(nèi)部研發(fā)設(shè)施，以便更積極地參與設(shè)計(jì)過程。

三 燒結(jié)銀系列助力中國新能源車市場

作為燒結(jié)銀的領(lǐng)航者，SHAREX推出的車規(guī)級燒結(jié)銀產(chǎn)品包括：有壓燒結(jié)銀AS9385系列，用于芯片和陶瓷基板的邦定具有剪切強(qiáng)度大，散熱效果好的特點(diǎn),；燒結(jié)銀膜GVF9500系列用于芯片和陶瓷基板的邦定，，提高客戶的生產(chǎn)效率；預(yù)燒結(jié)銀焊片GVF9800系列用于碳化硅SiC芯片頂部的保護(hù)，防止打線時(shí)芯片的破損，客戶可以選擇銅線或者銅帶鍵合，提高了功率模組的通流能力和功率新循環(huán)能力。