熱循環能力的大突破適用于汽車工業的無焊接壓接式模塊

　　當一些電力電子產品供應商仍在改進標準模塊中的焊接連接時，無焊接壓接觸點技術因其高功率循環能力已成為最頂級的電力電子模塊解決方案。

　　賽米控的新SKiM六封裝IGBT模塊系列將無底板的壓接模塊設計帶入更高的層次。穩健的高功率模塊設計使這些模塊成為混合動力電動汽車和其它高端應用的理想選擇。與帶底板且內部主端子采用焊接方式的模塊相比，無底板且采用無焊接壓接技術的SKiM的溫度循環能力提升了5倍。

　　圖1：SKiM和帶底板的焊接型標準模塊之間的對比

　　混合動力或純電動汽車的電力驅動系統對運行環境的要求主要體現在環境溫度、功率和溫度循環能力及模塊的尺寸。下一代混合動力汽車中將使用單一冷卻回路，正常運行時，水溫將高達105°C，在降低額定功率運行時，可上升到120 °C。電力電子器件的最高額定環境溫度為> 125 °C。此外，緊湊型的封裝結構和耐振動和沖擊的穩健設計也是必須的。只有當承受的最大半導體結溫高于150 °C時，才能實現105 °C冷卻溫度下的高功率密度。

　　由于焊接疲勞的原因，帶底板的焊接式功率模塊的功率循環能力在較高運行溫度下會大幅度地下降。各種材料熱膨脹系數（CTE）的相互匹配和先進的封裝及綁定技術成為成功的關鍵。

　　最關鍵問題的是銅（底板）和DBC基板之間的CTE差異，因為DBC和底板之間存在大面積的焊接連接。該連接在被動溫度循環中大多存在熱應力狀態。故障機理是焊料疲勞，這將導致熱阻增加和早期模塊故障。溫度變化的越大，進入疲勞狀態越快。

　　在無銅底板和采用無焊接壓力接觸式模塊中，情況正好相反。在SKiM中，一個新開發的基于層疊母線的壓力系統將帶芯片的基板直接壓置在散熱器上。由于每個IGBT和二極管芯片都有自己至主端子的連接，并聯芯片間的電流分布是很均勻的，而且封裝電阻RCC’+EE’小。DBC基板和散熱器之間的大面積連接不是焊接的，根據溫度循環可靠性，基板可以在散熱器上幾乎不受限制地“移動”。

　　由于成本和高功率密度的要求，而且熱性能相對較差，鋁碳化硅（AlSiC）對銅底板來說并不合適。

　　作為這一問題的解決方案，賽米控早在15年前就開發了SKiiP技術，一個無底板的壓接系統。該系統完全消除了大面積的焊接連接，取而代之的是壓力連接。當前，SKiiP技術已針對新SKiM汽車模塊概念做了進一步改進，以確保模塊的有效、可靠和耐用。SKiM是為滿足汽車應用的高功率密度和惡劣環境條件的嚴格要求而設計的。

圖2：無焊接壓接觸點模塊SKiM 63

　　SKiM IGBT模塊系列的電路是帶有3個獨立半橋的六封裝器件。每個半橋都有自己直流端子并集成了一個負溫度系數（NTC）溫度傳感器。控制IGBT的輔助觸點是無焊接的彈簧連接。IGBT驅動器可安裝在模塊的頂部進行電氣連接。因為高度相同，都是17mm，DC和AC端子具有相同的DC端子位置和構造原則，這使得該模塊成為不同電流等級下模塊化設計的最佳選擇。

　　減少二氧化碳的排放和可持續性發展是當前的流行語。為了應對這些以及未來環境的挑戰，變速驅動必須要成為汽車市場的一個更加重要的組成部分。SKiM模塊系列就是專為快速增長的混合動力和電動汽車,巴士等汽車市場而開發的。