用于电动和混合动力交通工具的功率模块

　　对减少二氧化碳排放的急迫呼吁已使主要的汽车制造商致力于开发新的电动和混合动力驱动交通工具解决方案。为了给这些应用开发功率半导体模块，需要新的模块集成和封装解决方案。然而，只有选择正确的组件、开发具有创新性的方案和技术并对热和电气特性进行优化，才能实现相互冲突的需求，即低成本下最大功率密度、效率和可靠性。

　　SKiM?功率模块系列（Semikron integrated Module，赛米控集成模块）是赛米控推出的最新一代超小型，采用无基板压接触点的模块。用于绝缘的陶瓷基板DCB不是焊接到铜基板上的，而是通过压力连接到散热片上，确保了出色的热循环能力和低的热阻。压力点在每个芯片的旁边，保证了DCB被均匀地连接。无基板图1显示了模块外壳的交叉部分，压力触点系统和用于连接栅极的弹簧触点。通往每个芯片的电流路径相互平行的夹层结构保证了极低的内部电感值。DC连接和AC连接之间的螺丝所产生的电感LCE小于10nH，整体正负端子间电感之和小于20nH。

　　有限元分析表明，大多数电感由+/-DC连接的末端部分所导致。有了有限元仿真，可对设计进行优化，电感可减小30％（-10nH）。进一步的改善并不可行，因为为了提供强制的空隙和爬电距离，这里不能使用夹层结构。实现进一步减小电感的唯一方法是采用几个平行连接通往直流环节电路。

　　对用户来说，除其他之外，该设计的优势在于内部开关的过电压低，从而可以在相对较高的直流母线电压下运行，并能够实现安全关断，即使在发生短路时。无震荡的平滑开关过程确保了开关损耗和释放的干扰小。

　　改进的半导体允许在小尺寸上拥有越来越高的功率密度。600V SKiM?93的额定芯片电流是900A，接近标准模块的两倍。该电流值也超越了现有IGBT模块主端子允许电流的上限。SKiM?模块中所用的宽而厚的铜皮的总电阻rcc’-ee’（包括触点电阻）仅为300μ?，这只是标准模块电阻值的一半。大的接触力保证了接触电阻小。虽然如此，产生的损耗迅速通过许多短小的触点耗散到冷却的DCB表面和散热片上。

　　传导壮态电压低、175℃的最高结温度允许非常高的额定电流。额定电流密度可大于2A/mm2。如果选择了正确的芯片尺寸，可实现额定电流、冷却需求和成本之间的最佳平衡。

　　Rth既是芯片尺寸的函数，也是芯片间距离的函数。过大的芯片在整个芯片区域内有很大的温度梯度，模块内的热扩散不佳。一些具有同样总面积但相互间的距离很小的芯片具有较低的Rth。如果芯片间的间隙小，芯片会互相加热；同样，芯片间距越大，热阻越小。在SKiM?系列在最大有效芯片面积和最优热性能两方面实现了最佳的折衷：芯片面积在60mm2至8080mm2之间，芯片之间的距离为3mm。

　　芯片两侧的压接触点阻止DCB发生弯曲。有助于使传导性能不佳的导热涂层的厚度减小至20μm-30μm；有基板模块通常有一个80μm-100μm厚的导热涂层。超薄的烧结银层，具有良好的热传导性，与传统焊层相比，进一步减小了Rth。

　　由于采用了压接和弹簧触点技术进行连接，并且去除了带焊接芯片连接的基板，SKiM?模块是100%的无焊接功率模块。此外，这些模块已被优化以实现最佳的芯片利用率和大输出电流。结合最高达175℃的芯片结温，使得可以设计出具有无与伦比的功率密度和热循环能力的紧凑型逆变器。

　　信息来源：易车网