TPAK封裝IGBT模塊在新能源電機控制器上的應(yīng)用

自從特斯拉第三代電驅(qū)系統(tǒng)選用TPAK SiC模塊獲得廣泛應(yīng)用和一致好評后，國內(nèi)各大IGBT模塊封測廠家、新能源汽車主機廠及電驅(qū)動系統(tǒng)開發(fā)商也紛紛把目光投向了這個簡小精悍的半導(dǎo)體功率模塊封裝-TPAK。那首先我們先來聊聊TPAK究竟有哪些優(yōu)點呢？

首先，TPAK封裝采用介于單管和常規(guī)模塊之間的單開關(guān)模塊（Single Switch Module）設(shè)計，既超越了之前單管封裝帶來的輸出電流、輸出功率、寄生電感等限制，又保留了多管并聯(lián)的靈活性，可以根據(jù)不同的逆變器功率輸出需求，來選擇需要多少個TPAK模塊并聯(lián)。

表1不同封裝雜感/參數(shù)對比

從表1雜感對比，TPAK 雜感比TO-247更小，電流能力更高，雜感的減小，系統(tǒng)設(shè)計可以降低IGBT關(guān)斷電阻，從而減小關(guān)斷損耗，降低溫升，提升了可輸出的電流范圍。

通過熱仿真分析，DCLINK電壓410V，輸出電流260Arms條件下，單管單排芯片結(jié)溫在132°C左右，最高結(jié)溫均低于150°C，具有良好的載流能力和散熱效果。

圖1 TPAK單管單排出流能力仿真

其次，TPAK封裝尺寸既可以布置2并聯(lián)SiC晶圓芯片，也可布置下單顆300A /400A IGBT晶圓芯片，不僅布局靈活，出于SiC模塊成本高考慮，該封裝 IGBT模塊既可保證同等的出流能力，又可降低系統(tǒng)成本，具有靈活的兼容性。

圖2 TPAK IGBT內(nèi)部布置圖

第三，無論從特斯拉電控還是國內(nèi)已在設(shè)計的方案，TPAK封裝模塊均比傳統(tǒng)標準模塊具有功率密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，抗震動性能好等優(yōu)良的結(jié)構(gòu)特征。

除此之外，TPAK封裝采用AMB陶瓷基板+Cu-Clip取代傳統(tǒng)的傳統(tǒng)綁定線技術(shù)后，具有寄生參數(shù)小、熱阻低、電流密度高等良好性能。

圖3 AMB陶瓷基板+Cu-Clip

浙江翠展微電子推出的TPAK封裝的產(chǎn)品有標稱340A/750V的IGBT模塊，預(yù)計今年年底會推出具有更高電流能力的400A/750V的升級產(chǎn)品，同期也將推出5.5mΩ/1200V 的SiC 模塊，屆時，此封裝系列的產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用與新能源電驅(qū)系統(tǒng)及高壓大功率充電系統(tǒng)領(lǐng)域。

圖4 翠展TPAK IGBT和SiC規(guī)格

為了減小接觸電阻和寄生電感，TPAK封裝功率端子均采用激光焊接技術(shù)，TPAK功率端子均采用銅端子，銅銅之間的激光焊接技術(shù)是一種高效的粘接技術(shù)，在電池行業(yè)早已普及，銅銅連接點更為牢固和可靠也逐漸成為目前汽車模塊應(yīng)用中的一種趨勢。

圖5 特斯拉驅(qū)動系統(tǒng)TPAK銅端子焊接

針對TPAK驅(qū)動系統(tǒng)上三相全橋方案上的應(yīng)用，主要以單管單排方案居多，主要用于替代現(xiàn)有HP1 300A和400A模塊，單管單排方案具有結(jié)構(gòu)簡單，焊接和生產(chǎn)工藝簡單，總體成本卻比HP1模塊要低。多管并聯(lián)方案，多數(shù)均采用多管雙排的方案，考慮系統(tǒng)的兼容性，設(shè)計最多可采用4管并聯(lián)方案，根據(jù)客戶應(yīng)用需求可增加并聯(lián)的數(shù)量，而驅(qū)動電路和控制電路保持兼容，降低開發(fā)和設(shè)計的成本。 另外，由于TPAK相比傳統(tǒng)模塊具有結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度高的特點，為雙電控系統(tǒng)提供了空間優(yōu)勢，根據(jù)需求可以在同一水道兩側(cè)分別布置多管并聯(lián)技術(shù)方案。

圖6 TPAK 結(jié)構(gòu)布局

圖7 TPAK雙電控方案