1.5　先进 SiC 模块产品

为了发挥 SiC 材料在电学和热学方面的优势，大功率 SiC 模块封装的主要方向包括：①直流母排间寄生电感降低至 5 nH 以下；②提升模块最高工作温度 Tj max至200 ℃以上；③降低 RthJ-C和 RthJ-F；④提高功率密度、增强电流能力和长期可靠性。目前，市场上的 SiC 模块产品主要是对 Si 基 IGBT 模块产品形式的延用和小范围优化 ， 如 HybridPACK Drive、 62 mm 封装 系 列 产 品 、Easy 系列、平面转模结构等[42-46]，以及采用传统结构和技术的产品，如 Rohm、Wolfspeed、富士电子、三菱等公司的产品[33, 47-49]。专门针对大功率 SiC 器件的封装还不多见，仍未形成占主导优势、广泛被市场接受的标准 SiC 模块产品。

针对性能和可靠性要求最高的汽车控制器应用，塞米控公司推出了当前市场上最具竞争力的汽车级 SiC模块产品 eMPack[50-51]，其外观如图 9 所示。eMPack 采用塞米控的 SKiN 技术[37]，其芯片互连采用双层柔性PCB 实现，分别形成功率和栅极回路，降低了寄生电感；芯片的上下表面通过银烧结技术分别与 PCB、绝缘衬板连接；冷却方式灵活，可采用直接水冷或客户定制的冷却结构 （如封闭铝散热器结构）；外壳通过压力结构系统 （Direct Pressed Die，DPD） 将压力施加于芯片和衬板之上，使 PCB 与芯片、衬板与散热器紧密接触，从而可以减小导热硅脂厚度，达到减小热阻的效果。eMPack 的剖面图和 DPD 系统原理如图 10 所示。其母排和辅助端子通过激光焊接技术与衬板结合，激光焊接技术对衬板无损伤，具有接触电阻低、焊接速度快、安装体积小、成本低、可靠性高[52]等优点。

eMPack 模块采用的是 6 开关三相逆变电路的拓扑结构，适用于 1 200 V 及以下电压等级。目前的最高电流等级是有效值 900 A，输出功率最高达 750 kW，模块外形尺寸为 153 mm ×111 mm，主功率回路总寄生电感降低至 2.5 nH。该模块已经获得汽车生产商的极大兴趣和认可，并与德国一家大型车企签订了 10 亿欧元的订单，将于 2025 年批量供货[53]。为了保证 SiC 芯片的供应，塞米控已经与意法半导体、罗姆公司签订了供货 合 同 ， Rohm 公司 也 获 得 了 eMPack 模块 的 生 产许可。

在高压 SiC 模块方面，3 300 V/750 A 和 3 300 V /1 000 A 半桥模块产品已经成功推出[54]，并在轨道交通牵引驱动系统获得了初步应用。该模块采用低压开源模块形式，主要在母排形状和布局方面进行了优化，直流回路总寄生电感在 10 nH 以下，采用铜线键合、芯片银烧结和衬板扩散焊接技术、Si3N4 衬板和 AlSiC 基板，如图 11 所示。在工业和新能源应用领域，模块的效率、体积、重量和成本成为关键指标，新型的 SiC 模块产品尚未出现。

近期，已经相继报道了平面封装转模 SiC 模块产品，如意法半导体公司的汽车级 STPAK2 双面冷却模块，该模块通过铜钼金属柱将芯片表面与上层 Si3N4绝缘衬板互连，芯片上下表面、金属柱与上层衬板之间都通过银烧结连接，如图 12 [55] 所示。安森美公司也推出了汽车级转模双面冷却 SiC 模块，寄生电感为 6.5nH，芯片与 AlN 衬板通过烧结连接，如图 13[56] 所示。DENSO 的双面冷却 SiC 模块已经批量应用于丰田的Mirai II 的升压控制器中，其结构与普通双面冷却结构类似，但未采用烧结技术，如图 14[57]所示。其他已经形成产品的新型 SiC 模块还有日立能源的RoadPak[34]、丹佛斯的 DCM1000X[35]等。