集微網(wǎng)消息,伴隨新能源汽車、光伏、儲(chǔ)能等新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,浙江翠展微電子有限公司(下稱“翠展微電子”) 加速了功率器件的產(chǎn)品及技術(shù)創(chuàng)新,繼創(chuàng)新性推出“一體化高性能逆變磚平臺(tái)”之后,10月30日在2023慕尼黑華南電子展上,翠展微電子又帶來了全新的TPAK封裝解決方案。
“TPAK封裝是專門為克服TO-247等封裝方案缺陷而設(shè)計(jì)的解決方案,采用該封裝方案的產(chǎn)品已經(jīng)在特斯拉Model 3、Mdel Y等車型上得到批量應(yīng)用,目前國(guó)內(nèi)也有一些車型正在驗(yàn)證,相信采用TPAK封裝方案的功率器件產(chǎn)品將會(huì)在接下來幾年內(nèi)得到大力推廣。”翠展微電子硬件研發(fā)經(jīng)理凌歡介紹
一
新能源創(chuàng)新需求驅(qū)動(dòng)導(dǎo)入
得益于性價(jià)比高,應(yīng)用簡(jiǎn)單,可擴(kuò)展性好,TO-247成為功率器件的主流封裝方案之一,但由于該封裝方案存在雜散電感大、熱阻高、裝配工藝復(fù)雜,并聯(lián)一致性差等問題,在汽車電動(dòng)化浪潮下,以TO-247為代表的傳統(tǒng)方案未能很好適應(yīng)新發(fā)展需求。
在早期應(yīng)用中,實(shí)踐發(fā)現(xiàn),基于TO-247封裝方案的電驅(qū)在功率單管并聯(lián)數(shù)量增多時(shí),出現(xiàn)寄生雜感比較大、熱阻上升、裝配工藝復(fù)雜等問題,針對(duì)這些痛點(diǎn),特斯拉提出了全新的TPAK封裝方案。
據(jù)介紹,TPAK封裝采用介于單管和常規(guī)模塊之間的單開關(guān)模塊( SingleSwitch Module )設(shè)計(jì),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TPAK模塊并聯(lián)數(shù)量。
行業(yè)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),采用TPAK封裝方案的340A/750V功率器件的雜感為4.4nH而采用TO-247封裝方案的160A/650V功率器件的雜感為20nH,TPAK封裝方案產(chǎn)品的雜感明顯更低,也低于HP1、HPD等封裝方案,該特性可以大幅降低功率器件的關(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。
TPAK封裝方案還采用AMB陶瓷基板+Cu-Clip取代傳統(tǒng)的綁定線技術(shù),“相比TO-247,TPAK具有功率密度更高、可擴(kuò)展性好、可靠性高、抗震動(dòng)性能更強(qiáng)等先天優(yōu)勢(shì)。”凌歡同時(shí)認(rèn)為,TPAK封裝方案結(jié)構(gòu)更為緊湊,符合汽車電子器件小型化發(fā)展趨勢(shì)。
二
降本增效提速落地
TPAK封裝方案對(duì)功率器件性能的提升,受到了新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的高度關(guān)注,低成本優(yōu)勢(shì)更是加速了其落地,目前已在部分新能源汽車上得到應(yīng)用。
“目前國(guó)內(nèi)新能源汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈,無論是主機(jī)廠還是Tier 1,都對(duì)成本提出了越來越高的控制要求,并傳導(dǎo)到功率模塊廠。“凌歡表示,基于降低成本考慮,翠展微電子于2022年開始自研TPAK封裝技術(shù)體系。
與同業(yè)TPAK封裝方案相比,翠展微電子不僅在外形上進(jìn)行了革新,還對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用了全新設(shè)計(jì)方案,使得TPAK封裝技術(shù)能夠更好滿足下游的降本需求。
傳統(tǒng)封裝方案采用的是綁定線灌膠方式,該方案的缺點(diǎn)是生產(chǎn)成本高、制造周期長(zhǎng),而TPAK封裝方案采用的是塑封技術(shù),不僅生產(chǎn)成本低,而且能大幅提升生產(chǎn)效率。同時(shí)為了提升TPAK封裝器件的可靠性,銅端子采用了激光焊接技術(shù),既提升了抗震性能,又降低了接觸電阻和寄生電感。
在一系列創(chuàng)新技術(shù)加持下,TPAK封裝的自動(dòng)化程度更高,生產(chǎn)效率也相應(yīng)獲得提升,僅激光焊接部分,“預(yù)計(jì)生產(chǎn)效率至少提升了1~2倍。
不過,作為全新的封裝技術(shù),激光焊接技術(shù)既是TPAK方案的優(yōu)勢(shì)之一,也是其挑戰(zhàn)之一,據(jù)凌歡介紹,模塊廠商和客戶端均需要在前期投入焊接設(shè)備成本,“目前只有頭部企業(yè)采購(gòu)了焊接設(shè)備。”
但由于銅銅之間的激光焊接技術(shù)在電池行業(yè)早已普及,國(guó)內(nèi)擁有成熟的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈配套,國(guó)內(nèi)企業(yè)導(dǎo)入TPAK產(chǎn)線更為便捷,翠展微電子不僅自身可提供完整的TPAK方案和產(chǎn)品,還為客戶開發(fā)了具備焊接技術(shù)的代工廠家,也降低了客戶導(dǎo)入門檻。
“與TO-247方案相比,TPAK方案能夠降低20%-30%的成本;與HP 1和HPD等方案相比,同等條件下,TPAK方案也更具成本優(yōu)勢(shì),自動(dòng)化程度提高了,可靠性也提高了,對(duì)主機(jī)廠、Tier 1來說,都很樂意接受TPAK方案。”凌歡表示。
TPAK方案的靈活性與兼容性,也是其吸引主機(jī)廠、Tier 1等下游客戶的另一重要原因。
TPAK封裝尺寸既可布置單顆晶圓芯片,也可并聯(lián)兩顆晶圓芯片,特別是應(yīng)對(duì)成本較高的SiC,降本優(yōu)勢(shì)更為明顯,而且,“TPAK封裝在設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)不同功率段需求在同一個(gè)平臺(tái)上開發(fā)應(yīng)用,可以是單管單排,也可以是雙管并聯(lián),如果最大需要4管并聯(lián),在滿足該需求下,其他功能支持向下兼容三管并聯(lián)、雙管并聯(lián)、單管等應(yīng)用需求,驅(qū)動(dòng)和控制電路均無需進(jìn)行二次開發(fā),大大降低了開發(fā)周期和設(shè)計(jì)的成本?!?/span>
三
普適性拓寬應(yīng)用前景
相比性能優(yōu)勢(shì),更讓凌歡肯定的是,TPAK封裝同樣具備TO-247方案的普適性特征,未來有望成為高功率密度、高性價(jià)比的主流封裝方案之一。
截至目前,TPAK封裝器件在SiC領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)得到特斯拉的充分驗(yàn)證,國(guó)內(nèi)基于SiC高成本考慮,主要潛心研究硅基產(chǎn)品,“無論是SiC還是IGBTTPAK封裝都能很好適用,目前國(guó)內(nèi)基于TPAK封裝方案的IGBT模塊已在批量應(yīng)用。”
翠展微電子自2022年導(dǎo)入TPAK方案以來,已實(shí)現(xiàn)340A/750VIGBT量產(chǎn),產(chǎn)品同步在頭部新能源主機(jī)廠相關(guān)車型上獲得驗(yàn)證;翠展微電子還將在第一款產(chǎn)品基礎(chǔ)上提升電流能力,預(yù)計(jì)今年第四季度推出并量產(chǎn)采用TPAK方案的第二款400A/750VIGBT產(chǎn)品。
在2023慕尼黑華南電子展上,翠展微電子發(fā)布的基于TPAK封裝的全新產(chǎn)品和解決方案受到了與會(huì)者的高度關(guān)注,并與翠展微電子就創(chuàng)新應(yīng)用展開了深度探討。
行業(yè)周知,快充技術(shù)是新能源汽車解決補(bǔ)能焦慮的重要手段,目前,以特斯拉為代表的主機(jī)廠主推的是大電流快充路線,而國(guó)內(nèi)大部分主機(jī)廠選擇的是高壓快充方案,凌歡表示,“TPAK封裝同樣適用于大電流方案和高壓快充方案,只是選擇的晶圓芯片的電壓或電流等級(jí)不同,在快充領(lǐng)域,SiC是首選方案?!?/span>
為此,翠展微電子已在開發(fā)基于TPAK封裝的SiC器件,據(jù)凌歡透露,首款5.5m2/1200V siC模塊產(chǎn)品預(yù)計(jì)于2024年Q2量產(chǎn)上市。
而隨著TPAK封裝方案逐步落地,將會(huì)加快相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新,凌歡表示,“目前的TPAK封裝還處于比較基礎(chǔ)的階段,在更高功率密度、更緊湊結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)下,未來TPAK封裝會(huì)演進(jìn)出更多方案,如目前的單管方案,未來可能會(huì)推出半橋塑封模塊、全橋塑封模塊等。”
而隨著越來越多客戶了解到TPAK封裝方案的優(yōu)勢(shì),除了主機(jī)廠,越來越多的Tier 1也已就TPAK封裝方案進(jìn)行評(píng)估,光伏、儲(chǔ)能等市場(chǎng)也有望加入TPAK生態(tài),“雖然目前TPAK主要應(yīng)用于新能源汽車,但該封裝方案的電流能力、功率密度等優(yōu)勢(shì),可以彌補(bǔ)TO-247等封裝方案存在的缺陷,特別是針對(duì)客戶的大功率需求,TPAK的優(yōu)勢(shì)更明顯,目前已有越來越多的儲(chǔ)能、光伏領(lǐng)域客廣對(duì)TPAK封裝方案感興趣?!绷铓g進(jìn)一步分析稱,“預(yù)計(jì)未來在新能源領(lǐng)域TPAK封裝方案的市場(chǎng)占有率可達(dá)20%-30%。”
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原文標(biāo)題:翠展微攜TPAK封裝解決方案亮相2023慕尼黑華南電子展
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