TPAK封装IGBT模块在新能源电机控制器上的应用

自从特斯拉第三代电驱系统选用TPAK SiC模块获得广泛应用和一致好评后，国内各大IGBT模块封测厂家、新能源汽车主机厂及电驱动系统开发商也纷纷把目光投向了这个简小精悍的半导体功率模块封装-TPAK。那首先我们先来聊聊TPAK究竟有哪些优点呢？

首先，TPAK封装采用介于单管和常规模块之间的单开关模块（Single Switch Module）设计，既超越了之前单管封装带来的输出电流、输出功率、寄生电感等限制，又保留了多管并联的灵活性，可以根据不同的逆变器功率输出需求，来选择需要多少个TPAK模块并联。

表1不同封装杂感/参数对比

从表1杂感对比，TPAK 杂感比TO-247更小，电流能力更高，杂感的减小，系统设计可以降低IGBT关断电阻，从而减小关断损耗，降低温升，提升了可输出的电流范围。

通过热仿真分析，DCLINK电压410V，输出电流260Arms条件下，单管单排芯片结温在132°C左右，最高结温均低于150°C，具有良好的载流能力和散热效果。

 

图1 TPAK单管单排出流能力仿真

其次，TPAK封装尺寸既可以布置2并联SiC晶圆芯片，也可布置下单颗300A /400A IGBT晶圆芯片，不仅布局灵活，出于SiC模块成本高考虑，该封装 IGBT模块既可保证同等的出流能力，又可降低系统成本，具有灵活的兼容性。

 

图2 TPAK IGBT内部布置图

第三，无论从特斯拉电控还是国内已在设计的方案，TPAK封装模块均比传统标准模块具有功率密度高，结构紧凑，抗震动性能好等优良的结构特征。

除此之外，TPAK封装采用AMB陶瓷基板+Cu-Clip取代传统的传统绑定线技术后，具有寄生参数小、热阻低、电流密度高等良好性能。

 

图3 AMB陶瓷基板+Cu-Clip

浙江翠展微电子推出的TPAK封装的产品有标称340A/750V的IGBT模块，预计今年年底会推出具有更高电流能力的400A/750V的升级产品，同期也将推出5.5mΩ/1200V 的SiC 模块，届时，此封装系列的产品可广泛应用与新能源电驱系统及高压大功率充电系统领域。

 

图4 翠展TPAK IGBT和SiC规格

为了减小接触电阻和寄生电感，TPAK封装功率端子均采用激光焊接技术，TPAK功率端子均采用铜端子，铜铜之间的激光焊接技术是一种高效的粘接技术，在电池行业早已普及，铜铜连接点更为牢固和可靠也逐渐成为目前汽车模块应用中的一种趋势。

 

图5 特斯拉驱动系统TPAK铜端子焊接

针对TPAK驱动系统上三相全桥方案上的应用，主要以单管单排方案居多，主要用于替代现有HP1 300A和400A模块，单管单排方案具有结构简单，焊接和生产工艺简单，总体成本却比HP1模块要低。多管并联方案，多数均采用多管双排的方案，考虑系统的兼容性，设计最多可采用4管并联方案，根据客户应用需求可增加并联的数量，而驱动电路和控制电路保持兼容，降低开发和设计的成本。     另外，由于TPAK相比传统模块具有结构紧凑，功率密度高的特点，为双电控系统提供了空间优势，根据需求可以在同一水道两侧分别布置多管并联技术方案。

 

图6 TPAK 结构布局

图7 TPAK双电控方案