摘要： 預(yù)計在15～20年以后，純電動汽車(EV)與混合動力車(HEV)的需求將達到數(shù)千萬輛。這將會改變功率模塊的設(shè)計和業(yè)界格局。豐田憑借自身的混合動力車引領(lǐng)了功率電子器件封裝的進化。其他汽車企業(yè)也緊隨其后，促使英飛凌、丹佛斯、賽米控、富士電機等企業(yè)的封裝技術(shù)取得了進步。而且，技術(shù)的發(fā)展給相關(guān)市場帶來了好處。
關(guān)鍵字： 功率電子，豐田，富士電機
預(yù)計在15～20年以后，純電動汽車(EV)與混合動力車(HEV)的需求將達到數(shù)千萬輛。這將會改變功率模塊的設(shè)計和業(yè)界格局。豐田憑借自身的混合動力車引領(lǐng)了功率電子器件封裝的進化。其他汽車企業(yè)也緊隨其后，促使英飛凌、丹佛斯、賽米控、富士電機等企業(yè)的封裝技術(shù)取得了進步。而且，技術(shù)的發(fā)展給相關(guān)市場帶來了好處。
傳統(tǒng)功率模塊市場面向的是工業(yè)以及可再生能源領(lǐng)域，要求具備高可靠性、長壽命、高品質(zhì)。雖然非常高的附加值和少量生產(chǎn)也是追求的對象，但成本壓力較小。EV和HEV對于旨在實現(xiàn)大工作溫度范圍等更高性能參數(shù)的研究起到了推動作用。這對于現(xiàn)有的用途應(yīng)該也具有積極意義。
功率電子行業(yè)現(xiàn)在廣泛采用鋁引線鍵合技術(shù)，這是一種不正常的現(xiàn)象。如果選擇能夠降低電阻、提高導(dǎo)熱率、延長壽命的鍵合方法，很可能會實現(xiàn)更好的性能。引線鍵合非常脆弱，可能因熱循環(huán)、振動、沖擊等原因脫落。
豐田采用鋁條帶鍵合
鋁引線鍵合的替代方法之一是鋁條帶鍵合，現(xiàn)在已經(jīng)得到了豐田的采用。但這種方法也很可能會被銅線鍵合等取代。銅線可以使用標準封裝設(shè)備鍵合，與芯片表面連接的步驟簡單，而且，由于銅的電阻低、導(dǎo)熱率高，所以鍵合效果可以長期保持。賽米控使用的是采用柔性箔的方法，其他多家模塊廠商使用的是在管芯上采用非柔性箔及一種DBC(直接鍵合銅)基板的方法。
模塊廠商正在探索能夠適應(yīng)更高的輸出密度、溫度，以及熱負荷的鍵合方法。而且，為了降低熱循環(huán)造成剝離的幾率，熱膨脹系數(shù)也需要維持在較低水平。賽米控與賀利氏開發(fā)了一種使用超細銀粉在DBC上燒結(jié)的方法。但這種方法耗時長，還需要使30MPa的壓力均勻分布在管芯上，而且溫度必須達到250℃。賀利氏目前正在對無需高壓和高溫的納米銀粉進行評估。而且，現(xiàn)在已經(jīng)有多家企業(yè)推出了置于箔上運輸?shù)募{米粉漿，這種產(chǎn)品比凝膠和膏狀更容易運輸和涂覆。除此之外，利用銅錫合金的高熱阻性質(zhì)的共晶鍵合也是一種選擇，這種方法得到了英飛凌“.XT”功率模塊的采用。這種方法是在DBC上形成非常薄的銅層和錫層，再把管芯置于其上。銅與錫在高溫下混合即可形成高熔點的合金。
功率模塊還必須要有冷卻系統(tǒng)。去掉管芯與冷卻系統(tǒng)之間的夾層之后，液體將直接接觸到DBC。豐田、富士電機以及三菱汽車的混合動力車已經(jīng)采用了這項技術(shù)?，F(xiàn)在，通過在冷卻板或DBC中嵌入微管，對微通道進行冷卻的研究已經(jīng)開始。如果采用這種方法，由硅和寬帶隙半導(dǎo)體制成的產(chǎn)品就能在溫度更高的環(huán)境下工作。
最近，功率模塊的封裝必須要支持新格式，如PowerStack、整合度更高的構(gòu)件等。這些面向EV的技術(shù)革新正在逐漸改寫著行業(yè)的格局。被動元件廠商沒有涉足功率模塊、封裝制造和設(shè)計領(lǐng)域的技術(shù)經(jīng)驗，因此采取了與功率模塊廠商合作的方式，丹佛斯就在參與此類合作。而且，英飛凌與賽門控也在合作開發(fā)PowerStack技術(shù)。
端子配置出現(xiàn)標準化動向
過去，由于功率電子行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模小，除了幾種常見的模塊尺寸之外，被行業(yè)廣泛采用的標準少之又少。而如今，這樣的情況正在逐漸發(fā)生改變。富士電機與英飛凌、賽門控三家公司正在合作研究使模塊具備兼容性的引腳配置。借助模塊廠商與汽車廠商的直接合作，EV正在掀起另一場技術(shù)革命。這意味著與過去一級、二級的明確分工相比，汽車電子領(lǐng)域的行業(yè)構(gòu)造發(fā)生了進化。
另一個進化可能源于向外部專業(yè)從事封裝的廠商訂貨的趨勢?，F(xiàn)在，大部分的功率模塊廠商都在利用亞太地區(qū)低廉的勞動成本，因此無需對外轉(zhuǎn)包任何一道工序。但隨著市場快速擴大，菲律賓IQXprez等眾多企業(yè)估計都會考慮以承包商的身份進入市場。
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