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?！贝湔刮㈦娮佑布邪l(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。”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。

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。

“目前國內(nèi)新能源汽車市場競爭激烈，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?！傲铓g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，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)采購了焊接設(shè)備?！?/span>

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，國內(nèi)擁有成熟的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈配套，國內(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，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。”

三

普適性拓寬應(yīng)用前景

相比性能優(yōu)勢，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，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，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封裝方案的市場占有率可達(dá)20%-30%。”

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