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碳化硅模块的封装，话题热度再度拔高。

随着碳化硅器件尺寸的不断缩小和功率密度的迅速提升，功率模块的封装和热管理面临着前所未有的挑战。

目前，碳化硅模块的封装大多还沿用硅基的封装技术。而传统封装结构和散热装置热阻较大，难以满足碳化硅器件高热流密度冷却需求。与此同时，高功率密度模块散热集成封装需求也日益增长。

那么，沿用传统硅基的封装技术，会带来哪些问题呢？

在此前的《一图搞懂碳化硅——模块封装篇》（点击了解）系列文章中，我们给出了一些分析。

首先，传统封装的引线键合和复杂的内部互连结构会带来较大的寄生电容和寄生电感。

其次，碳化硅器件可在更高的温度下工作，在相同功率等级下，SiC功率模块较Si功率模块在体积上大幅降低，因此对散热的要求就更高。

总的来说，为了达到降低杂散参数、增强高温可靠性、提升模块性能等目的，各家厂商从封装上不同结构的不同部分去满足功率封装不同的要求。

下图为Yole Intelligence 首席分析师杨宇博士在行业会议上发表的关于《800V高压纯电平台的技术挑战及SiC应用》的演讲信息，表中对SiC封装的影响条件以及涉及到的结构部位作出了技术对应罗列。

而近年来，国产模块厂商以及车企在新型SiC模块封装技术方面也颇有摸索，尤其在SiC塑封半桥模块方面，都有一定的产品推出和应用。

晶能微电子：

首款SiC半桥模块

去年9月消息，晶能首款SiC半桥模块试制成功。

该模块电气设计也同样优异，寄生电感5nH，采用双面银烧结与铜线键合工艺，配合环氧树脂转模塑封工艺，持续工作结温达175℃，在800V电池系统中输出电流有效值高达700Arms。

值得一提的是，晶能的该款SiC半桥模块是为应对新能源汽车主牵引驱动器的高功率密度、高可靠性等需求研发的重要产品，涵盖750V/1200V耐压等级，至多并联10颗SiC芯片，可应对纯电及混动应用场景下的不同需求挑战。

去年年底，晶能微电子秀洲生产基地开工建设，浙江益中封装技术有限公司一期扩建项目开工。其中，秀洲生产基地项目位于嘉兴国家高新区，占地95.4亩，一期项目包括投建一座6英寸FRD晶圆厂和60万套半桥模块生产线。加上余杭工厂（全桥模块）、益中封装温岭工厂（单管封装），晶能微电子的封装路径和产品线再一次得到补充和丰富。

红旗：

首款全国产塑封2in1碳化硅功率模块

去年4月，红旗首款全国产塑封2in1碳化硅功率模块A样件也完成试制。

该模块是由红旗研发总院新能源开发院功率电子开发部与中国电子科技集团第55研究所联合开发。

据了解，该模块封装采用三端子母排叠层结构、高可靠铜线互联技术与高散热椭圆PinFin散热水道，配合大尺寸环氧树脂转模塑封与高耐温银烧结芯片贴装工艺，实现模块寄生电感≤6.5nH，模块持续工作结温175℃，输出电流有效值达到550A。

优质的功率模块配置高性能碳化硅功率芯片。得益于高密度高可靠元胞结构、芯片电流增强技术、高可靠碳化硅栅氧制备工艺、精细结构加工工艺等，碳化硅芯片比导通电阻达到3.15mΩ·cm2，导通电流达到120A，技术指标达到国际先进水平。

基本半导体：

汽车级DCM SiC MOSFET系列模块Pcore™2

去年11月，基本半导体推出了汽车级DCM碳化硅MOSFET系列模块Pcore™2，这是一款专为新能源汽车主驱逆变器应用设计的一款高功率密度的碳化硅功率模块。

该模块采用沟槽型、低RDS(on) SiC MOSFET芯片，多种芯片并联组合形式。同样采用的是有压型银烧结工艺和高性能粗铜线键合技术，使用氮化硅AMB陶瓷基板，以及直接水冷的PinFin结构。

此外，通过DTS（Die Top System）连接系统，将高密度铜线绑定技术和双面压型银烧结工艺高度结合。

具体性能优势方面，Pcore™2系列模块可实现低开关损耗、低杂散电感、高输出密度，拥有更低的热阻Rth(j-f)<0.09 K/W。此外，可支持连续运行峰值结温至175℃，以及具备650Arms以上连续峰值相电流输出。

爱仕特：

新一代碳化硅功率模块DCS12

去年6月，爱仕特推出新款汽车级碳化硅功率模块DCS12。

优化水道结构设计

爱仕特DCS12模块优化了水道结构设计，通过分区散热和对水流的精准控制，避免了整体温差梯度过大的问题，实现直接水冷以降低系统热阻。

此外，这种并联的水道设计使得芯片均匀冷却无温差，利于并联的芯片中电流均匀分布，进一步提升系统可靠性。

一次铸造成型封装

这种封装的密封保护可以确保逆变器在机械冲击和潮湿环境下仍然可实现稳定可靠的性能，允许极限温度循环以及更高的结温来提升功率密度。

此外，这种封装结构紧凑，利于降低模块的杂散电感，进而降低系统杂散电感，并充分利用SiC器件的高速开关特性，以降低电压过冲的影响。

银烧结&铜绑定技术

两者结合解决了普通绑定工艺可靠性问题，在不降低电流的情况下实现更高结温下运行，功率循环能力得到提升。

多种关键技术加持，爱仕特DCS12模块在缩小半导体器件使用尺寸的同时，逆变器功率密度、可靠性、耐用性以及寿命周期等都得以提高，车用可期。

阿基米德半导体：

单面水冷塑封SiC模块

阿基米德半导体近日也推出了电流密度更高、满足800V高压平台的ACD模块（单面水冷塑封SiC模块）。

Cu-Clip互连技术

IGBT过渡到SiC，芯片的面积越来越小，继续采用绑定线技术的话， Al线或Cu线数量会受到限制。阿基米德半导体采用Cu-Clip工艺取代了传统的绑定线技术，缓解了该问题，不仅解决了连接数量的限制，还大幅减少了寄生电感和电阻，尤其是在需要并联6至10个SiC芯片的大功率模块中。

此外，Cu-Clip互连设计优化了电气路径，实现了低至3nH的寄生电感和不超过5%的芯片不均流度，显著提升了产品的可靠性和性能。

而Cu-Clip粘接到其他表面的方式也有很多种，包括传统的焊接、铜烧结技术以及银烧结技术。

银烧结工艺

值得一提的是，阿基米德半导体推出的该模块采用有压型银烧结互连工艺，这一技术使得模块能够在不牺牲电流容量的同时，在更高的结温条件下稳定运行。在耐热性能上，更是远超传统的Sn基焊料封装解决方案。

银烧结是目前碳化硅模块领域较为先进的焊接技术，可充分满足汽车级功率模块对高、低温使用场景的严苛要求。基于该技术，阿基米德单面水冷塑封SiC模块焊接强度大幅增强60%，同时热疲劳寿命提高了6倍，进一步提升了产品的可靠性和寿命。

高性能的Si3N4 AMB基板

该模块也采用了高性能的Si3N4 AMB基板。而在公众号@芝能汽车《中国车用碳化硅功率模块的成长之路》一文中提到，功率模块中主要使用3种陶瓷覆铜板：

◎ AI2O3-DBC：热阻最高，但是制造成本最低；

◎ AlN-DBC：热阻最低，但韧性不好；

◎Si3N4-AMB：陶瓷材料热阻居中，韧性极好，热容参数也更出色。

据悉，Si3N4-AMB的可靠性远超AlN和AI2O3，使得模块散热能力、电流能力、功率密度均能大幅提升，非常适合汽车级的碳化硅模块应用。

新型的水道结构设计

阿基米德半导体通过精细的热区管理和水流控制，平衡温度差异，实现了精确稳定的温控。加之采用的先进直接水冷技术，有效降低了系统热阻。

此外，阿基米德半导体定制的Pin-Fin布局与创新的并联水道设计，保证了芯片间的温度分布高度一致，芯片之间温度不均衡度控制在5%以内，极大增强了整体模块的稳定性与可靠性。

塑封封装

塑封封装搭配Cu-Clip互连技术、银烧结工艺、Si3N4 AMB基板等关键技术，使得该模块有着更低的导通电阻（1.75mΩ）、更小的寄生电感（≤3nH）和更低的热阻（0.087K/W）。在实现功率器件尺寸缩减的同时，显著提高了车载逆变器的功率密度、可靠性、耐用性和寿命。

One more thing

此前，在上交所和央广网的《沪市汇·硬科硬客》节目中，华润微总裁李虹、芯联集成总经理赵奇以及天岳先进董事长宗艳民探讨了SiC产业的发展现状及未来趋势。其中，芯联集成总经理赵奇提到了，他们的单面水冷塑封SiC功率模块也已经实现了批量生产。

不仅如此，我们也注意到，部分主机厂也开始逐步采用SiC半桥塑封模块。

小米SU7的SiC电控模块，转换效率高达99.85%，采用的就是SiC半桥塑封。小米成功自研SiC模块离不开其在SiC 领域的深度布局。

据了解，小米自布局汽车以来已投资多家SiC供应商，如瞻芯电子、积塔半导体、飞锃半导体、杰平方半导体等。

去年年底，蔚来在NIO Day上发布了另一款搭载碳化硅功率模块的车型ET9，并表示ET9采用的是蔚来自研的1200V SiC功率模块，采用的是半桥塑封形式，模块功率密度 1.315kW/L，具备高达30万万次的功率循环能力，可降低电阻15%，具有低热阻，低回路杂感的特性，可实现更低的损耗。

而今年年初，芯联集成与蔚来汽车也签署了碳化硅模块产品的生产供货协议，芯联集成则成为蔚来首款自研1200V碳化硅模块的生产供应商。

End

总的来看，SiC半桥塑封模块市场还存在着诸多的可能性，这个领域进入的“玩家”也慢慢开始丰富起来。“押宝”SiC半桥模块的路径，也为SiC上车市场带来了更大的想象空间。不过，随着车企的自研模块的逐步推进，也进一步挤压了模块供应商的生存空间。