威柏電子EV電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)解決方案
威柏電子有限公司
汽車電子事業(yè)部
技術(shù)總監(jiān)
王鵬

EV、HEV用IGBT模塊
采用直接水冷銅散熱片基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)了高功率密度和小型封裝的EV、HEV用IGBT模塊
產(chǎn)品中分別內(nèi)置有6個(gè)IGBT和FWD。此外，還內(nèi)置有用于檢測(cè)溫度的熱敏電阻。

EV、HEV用IGBT模塊 650V級(jí)
※點(diǎn)擊產(chǎn)品圖像即可查看等效電路圖。

VCE（sat）: at Tj=25°C, Chip
Package  Device type  VCES
Volt  IC（Cont）
Amps.  IC（Peak）
Amps.  VCE（sat）
Typ. Volts  VF
Typ. Volts  Net mass Grams
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M651  6MBI400VW-065V威柏電子有限公司|深圳市威柏德電子有限公司  650  200  400  2.00 （IC=400A）  1.70 （IF=400A）  660g
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M652  6MBI600VW-065V威柏電子有限公司|深圳市威柏德電子有限公司  650  300  600  2.00 （IC=600A）  1.70 （IF=600A）  900g
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M653 6MBI800XV-075V威柏電子有限公司|深圳市威柏德電子有限公司  750  800           

大容量車載標(biāo)準(zhǔn)モジュール：M653
New general purpose module for automotive：M653
750V/800A 6in1 module
特長(zhǎng)：Features    製品：Product  
Tentative
●6in1 3相インバータモジュール：6in1 3 phase inverter module
 
●750V/800A New RC-IGBT(Reverse-conducting IGBT) 750V/800A新的RC-IGBT（反向?qū)↖GBT）
 
     ?オンチップ溫度センサ內(nèi)蔵
     On-chip temperature sensor 芯片內(nèi)部?jī)?nèi)建溫度傳感器
    
?オンチップ電流センサ內(nèi)蔵
 On-chip current sensor 芯片內(nèi)部?jī)?nèi)建電流傳感器
 
●コンパクトなパッケージを採(cǎi)用：アルミ直接水冷（ウォータージャケット構(gòu)造）
 
  Compact package：Aluminum direct cooling water-jacket 小型封裝：鋁制直接冷卻水套
 
     ?162mm×116mm×24mm
 
     ?薄型?新構(gòu)造フィンウォータージャケット採(cǎi)用
 Thin and new fin structure
 
 
     ?冷卻水出入り口にフランジ構(gòu)造を採(cǎi)用
 Flange structure at cooling water IN/OUT 凸緣結(jié)構(gòu)在冷卻水/輸出
 
      *熱抵抗を弊社従來構(gòu)造比で約40%低減
       reducing thermal resistance about 40% 減少約40％的熱阻
 
         comparing with conventional fin type heat sink 與傳統(tǒng)的鰭片式散熱片比較
 ?制御ピンにプレスフィットピンを採(cǎi)用
    
 
●175℃保証：  175℃ guaranteed 175℃芯片運(yùn)行溫度
 
【アプリケーション例：Application example】
●80～150kW motor output power
●fsw=6kHz, Coolant temp.=65℃, Coolant flow rate=10L/min
  Vdc=450V, Ipeak=460Arms@1s, Icont.=430Arms

1   車載 IGBT模塊的基本概念
近年來，考慮到對(duì)環(huán)境的影響，全球都在探求如何降低二氧化碳排放量。為了降低二氧化碳排放量，在汽
車領(lǐng)域正在推進(jìn)混合動(dòng)力車(HEV)和電動(dòng)汽車(EV)的普及。HEV 和 EV 通過將高壓蓄電池中儲(chǔ)存的直流電通
過電力轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為交流電來驅(qū)動(dòng)電機(jī)以帶動(dòng)車輛行駛，而這種電力轉(zhuǎn)換裝置中主要使用 IGBT 模塊。由
于需要在汽車的有限空間內(nèi)安裝高壓蓄電池、電力轉(zhuǎn)換裝置、電機(jī)等，因此，電力轉(zhuǎn)換裝置中使用的 IGBT
模塊要盡可能實(shí)現(xiàn)小型化。
在此背景下，富士電機(jī)車載 IGBT 模塊以“小型化”為基本概念進(jìn)行了開發(fā)。
圖 1-1 所示為對(duì) IGBT 模塊的基本市場(chǎng)需求。對(duì) IGBT 模塊的基本市場(chǎng)需求為提高性能和可靠性、降低環(huán)境
壓力。性能、環(huán)境、可靠性的各種特性相互關(guān)聯(lián)，因此，為了實(shí)現(xiàn) IGBT 模塊的“小型化” ，對(duì)這些特性進(jìn)行
均衡改進(jìn)是非常重要的。
本次開發(fā)的車載 IGBT 模塊，通過采用(i)直接水冷式結(jié)構(gòu)、(ii)高散熱陶瓷絕緣基板、(iii)第 6代 V 系列 IGBT
芯片、(iv)高強(qiáng)度焊錫材料，最大限度地發(fā)揮了性能、環(huán)境、可靠性的各種特性，實(shí)現(xiàn)了“小型化”這一基本
概念。
 
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2   直接水冷式結(jié)構(gòu)
本次開發(fā)的車載 IGBT 模塊，通過采用直接水冷式結(jié)構(gòu)，大幅降低了熱阻。以往的 IGBT 模塊為了降低銅底
座和散熱片之間的接觸熱阻，采用散熱硅脂，但是，散熱硅脂一般為熱傳導(dǎo)率較低的材料，存在散熱性差的
問題。直接水冷式結(jié)構(gòu)中銅底座和散熱片實(shí)現(xiàn)一體化，由于散熱片部分可直接接觸冷卻液，因此無(wú)需使用散
熱硅脂，從而使得 IGBT模塊的散熱性大幅提高。圖 1-2 所示為本次開發(fā)的車載 IGBT 模塊的外觀。
圖 1-3 所示為對(duì)使用散熱硅脂的以往結(jié)構(gòu)和直接水冷式結(jié)構(gòu)的恒定熱阻進(jìn)行的比較。由圖 1-3 可知，通過
采用直接水冷式結(jié)構(gòu)，消除了散熱硅脂層的熱阻，恒定熱阻約減少了 30%。
 
3   高散熱陶瓷絕緣基板的應(yīng)用和高強(qiáng)度焊錫
3.1  高散熱陶瓷絕緣基板的應(yīng)用
在上述直接水冷式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上， 為了進(jìn)一步降低熱阻， 模塊的絕緣基板采用熱傳導(dǎo)率較高的氮化硅(Si3N4)
陶瓷。在圖 1-4 中，對(duì)使用氧化鋁(Al2O3)絕緣基板的以往結(jié)構(gòu)（使用散熱硅脂）和使用氮化硅陶瓷基板的直
接水冷式結(jié)構(gòu)的熱阻進(jìn)行了比較。通過去除以往結(jié)構(gòu)中熱阻較大的散熱硅脂層并提高絕緣基板的熱傳導(dǎo)率，
實(shí)現(xiàn)了熱阻的大幅降低（比以往降低 63%） 。
3.2  高強(qiáng)度焊錫
與產(chǎn)業(yè)用半導(dǎo)體和民生用半導(dǎo)體相比，汽車用半導(dǎo)體多在嚴(yán)酷的環(huán)境中使用，因此對(duì)可靠性要求較高。特
別是因溫度循環(huán)產(chǎn)生的壓力導(dǎo)致連接絕緣基板和散熱底座的焊錫部分出現(xiàn)裂紋后，將引起熱阻上升和芯片異
常升溫，進(jìn)而損壞 IGBT模塊。富士電機(jī)車載 IGBT 模塊中，通過采用新開發(fā)的 SnSb系列焊錫，與以往使用
SnAg系列焊錫時(shí)相比，大幅抑制了裂紋的擴(kuò)大（圖 1-5） 。

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