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巅峰之上·重磅首发 | 长飞先进PCB嵌入式车规模块正式亮相

10月15日,以“巅峰之上·跨越四年的技术长征”为主题的长飞先进技术发布会在深圳拉开序幕。会上,长飞先进面向车规主驱市场自主研发的DeepXE™嵌入式PCB功率模块产品正式对外亮相。该产品基于Cavity-Free AMB内嵌单元的创新PCB叠构方案,引入先进互联工艺,较传统封装形式体积降低50%、开关损耗降低20%,同时杂散电感降低75%至0.9nH,实现了更轻、更小、更集成的车规主驱功率方案。

在半导体领域,以碳化硅为代表的第三代半导体具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和迁移速率高、抗辐射能力强等优势,相比第一代硅基材料更适用于高压、高温、高频环境。尤其是在新能源汽车领域,碳化硅芯片性能的优异性已得到了充分验证,并在高端车型中实现了广泛应用。然而,随着电动汽车高压化迈入关键节点,行业对于车规功率器件又提出了更高要求。简单而言,高功率密度电驱的竞争重心正在从单纯的碳化硅器件替换走向系统升级。在此背景下,主驱逆变器嵌入式技术方案应运而生,成为当前新能源汽车电驱系统向小型化、高性能、高密度集成演进的核心方向。

相较经典的框架式或塑封式功率模块封装方式而言,PCB嵌入式方案将主要制造环节转移至成熟的PCB供应商,不仅拥有充足强健的供应链优势,同时拥有客制化无需重复开模、PCB材料和工艺可复用性高以及相对少量产线改造和投资的优势,无异于一场由技术迭代引发的功率半导体产业价值链重构。近年来,该技术方案已在消费电子、工业及车载低压(≤48V)场景下得到了有效验证。然而,由于车载高压大功率场景下的诸多严苛要求,该技术方案仍然面临着机械防护、芯片散热设计、电气互联、绝缘防护、芯片表面处理等行业共性难题。

为了构建汽车功率半导体全新的发展图景,基于成本可控、车规可靠性、工业及规模化、平台化等车规主驱产品关键考量因素,长飞先进最终聚焦AMB陶瓷框架内嵌单元,走出了一条全新的车规主驱自主创新技术路径。

本次重磅发布的长飞先进DeepXE™嵌入式产品,拥有三大技术亮点:一是基于Cavity-Free AMB内嵌单元的创新PCB叠构方案,在保证绝缘耐压前提下实现高效热管理,降低工艺成本,增加可靠性设计空间;二是功率半导体芯片表面金属化与关键界面先进互联工艺,依托长飞先进自主开发的芯片上表面镀铜工艺,实现了对镀铜厚度、精度与性能的有效管控,可以精简工艺步骤,降低材料与工艺成本;三是电热磁力多物理场约束下的芯片排布与功率路径3D构建,通过多物理场耦合仿真与实测相结合的方式,并分析验证数十种不同的芯片排布与功率路径后最终确定,实现了紧凑空间内高效热传导扩散。

在先进的技术方案加持下,DeepXE™嵌入式产品的功率回路长度大幅缩短,杂散电感显著降低,优化后的方案杂散电感低至0.9nH;并且在相同SiC用量的情况下,电流密度可提升20%、热阻Rth降低15%,而体积和重量同时降低50%,最终实现在一张扑克牌大小的面积内通过24颗SiC MOS实现峰值250kW的能量转换,整体开关损耗降低20%,为车规主驱客户直接提供了一套高功率密度、高性能嵌入式功率模块终端方案。

目前,长飞先进DeepXE™嵌入式产品已经完成了性能和方案验证、可靠性摸底等,预计明年上半年完成完整可靠性测试、一致性稳定性提升和工业化验证等全链路验证闭环。该方案重点围绕高性能、小型化打造技术特色,并逐步增加电力电子系统集成深度,当前主要适配新能源车规主驱及飞行汽车电驱动系统,后续将逐步拓展至SST、AIDC 800V-48V电源等场景。

对于车规功率器件而言,从单纯的碳化硅器件替代再到芯片嵌入式PCB封装技术方案,这已经不是简单的产品更新,而是一场关于电、热、力、工艺、测试与供应链的系统重构,同时也是全球功率电子产业向着更高功率密度、轻量化和集成化演进的技术升级。面向可预见的未来,谁能提前进行技术与产业布局,谁才能更快抓住下一轮增长的节点。长飞先进将一如既往站在碳化硅功率半导体的前沿,不断加强研发投入力度,攻坚关键核心技术领域,以技术创新驱动产业升级。

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长飞先进嵌入式功率模块碳化硅

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