用于电动汽车的液冷GaN和SiC功率模块

 

电源模块的高级封装是非常重要。包装优化是提高性能的解决方案之一。WBG器件具有比Si器件更高的功率密度，并且需要更好的热设计考虑以保持最佳工作条件。例如将封装类型从SO-8更改为LGA可以改进功率损耗。

 

近日，第九届国际第三代半导体论坛（IFWS）&第二十届中国国际半导体照明论坛（SSLCHINA）于厦门召开。期间，“第三届车用半导体创新合作峰会”分会上，加拿大多伦多大学教授吴伟东做了”应用于电动汽车的GaN和SiC液冷功率模块” 的主题报告，分享了相关研究进展。涉及到装配流程、热和电气注意事项、三维堆叠输出级、设计示例等。

报告指出，电动汽车应用的功率转换器，需要通过液体冷却进行有效的散热。液体冷却器和电源模块通常由汽车零部件和半导体制造商独立设计，可能导致热通道效率低下。紧凑型GaN智能功率模块（IPMs）的替代制造工艺，一体式设计，将IPM直接连接到液体冷却器上。对于液冷功率模块（典型设计流程），传统的液冷功率模块通常是独立制造的，负责其它封装工艺的半导体制造商并不参与其中。未来，需要一种联合设计方法来优化液冷功率模块的热性能。

报告介绍了定制设计的液冷电源模块、模块制造工艺流程、典型测试设置、典型的PCB应用、功率模块的热考虑、热分析-有限元分析模拟、设计示例-双面堆叠、双面堆叠组件（三维视图、电源回路），功率环路寄生电感的影响等内容。报告指出了基于WBG器件的模块设计，涉及电气性能（系统体积小）与热性能设计（大系统体积）的挑战。垂直电源模块设计方面，涉及基于VDMOS的电源模块温度分布与垂直电源模块的效率和红外相机镜头下的热成像图。

报告指出，必须从一开始就进行基于机械、电气和热考虑的联合设计。AMB和WBG功率晶体管裸晶的放置/几何形状影响热性能和电性能之间的权衡，更宽的间距提供了更好的热性能，但代价是电气性能恶化。未来研究将继续探索不同的AMB材料和包装结构，继续探索具有卓越热管理和电气性能的经济高效的液冷封装。

审核编辑：刘清