減少二氧化碳的排放和可持續(xù)性發(fā)展——這些是我們這個時代的流行語。為了不辜負這些今天和明天的流行語，需要先進的電控驅(qū)動技術(shù)涉足新的領(lǐng)域。其中一個最大且最具挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域是汽車產(chǎn)業(yè). 現(xiàn)有的功率模塊無法滿足該行業(yè)的嚴格要求，這就是為什么它們不能服務(wù)市場的原因。為了面對這項挑戰(zhàn)，賽米控開發(fā)了SKiM（賽米控集成模塊），適用于汽車工業(yè)的IGBT模塊。

　　如果電力電子系統(tǒng)將被用于電動或混合動力汽車，必須具備相當多的條件：模塊必須緊湊且重量輕，同時要能夠滿足大量的沖擊和振動要求。運行期間起主要影響的環(huán)境溫度通常超過125 °C，而在汽車停止時可能會降到冰點以下。使用的冷卻劑通常溫度約為105 °C，但在某段短暫的時間內(nèi)會變得更熱，導致模塊內(nèi)的芯片溫度Tj > 150 °C。這些溫度導致極端的溫度波動，這會大幅縮短常規(guī)模塊的使用壽命[1>。

　　　　表1顯示了汽車工業(yè)對與功率模塊的要求

尋找一個解決方案

　　常規(guī)IGBT模塊，包括那些賽米控生產(chǎn)的，是基于3mm厚底板設(shè)計的，如圖1所示。一個或更多的裝有IGBT芯片的DBC基板和連接端子是焊接在底板上的。鋁導線用于連接硅片的上部和基板。

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　　　　　　　　　圖. 1: 常規(guī)IGBT模塊的基本設(shè)計

　　常規(guī)IGBT模塊故障的主要原因是溫度波動而導致的焊層疲勞或斷裂。疲勞會導致模塊熱阻的增加，這是一個自加速的過程。就疲勞而言，它的產(chǎn)生是因為極端溫度波動所致的熱誘機械應(yīng)力的變化；由于不同的熱膨脹系數(shù)，當牢固粘結(jié)材料溫度升高或降低時，機械應(yīng)力會產(chǎn)生變化。DT的值越高，這一進程發(fā)生的就越快。常規(guī)IGBT模塊不能滿足表1所示的要求。

　　解決該問題一個方法是采用具有更好自適應(yīng)熱屬性的材料。例如，由碳化硅鋁（AlSiC）制成的底板常被用于高性能的功率模塊，因為其熱膨脹系數(shù)比單獨的銅小很多。但是，碳化硅鋁的導熱性能差且非常昂貴，這就是為什么它不適合用在那些用于汽車工業(yè)的模塊的原因。

　　許多年前，賽米控開始尋找其他方法來解決這個問題。尋找的結(jié)果就是SKiiP技術(shù)（賽米控集成智能功率），模塊沒有底板且焊接連接盡可能的少。（參見圖2）

　　　　　　　圖2：基于SKiiP 技術(shù)的IGBT模塊的設(shè)計

　　SKiiP模塊中，使用機械壓接系統(tǒng)將帶有硅片的基板壓置在散熱器上。由于基板不是固定在散熱器上，能夠隨著溫度的變化而伸縮，不會產(chǎn)生可怕的機械應(yīng)力。焊接上的芯片的連接非常的小，且對于硅片來說，基板的熱膨脹系數(shù)是最合適的。因此基于這種技術(shù)的模塊比常規(guī)有底板模塊具有高得多的熱循環(huán)能力。

SKiM 63 和 SKiM 93

　　為了建立長期可靠且超級緊湊型模塊，SKiiP技術(shù)被當作進一步發(fā)展的基礎(chǔ)，從而帶來了SKiM系列的開發(fā)。SKiM 63和SKiM 93是首先采用這種新技術(shù)兩個模塊，目前可作為原型機。這些模塊專為是用于具有挑戰(zhàn)性功率密度和溫度要求的電動汽車而開發(fā)。

　　一個SKiM模塊外殼內(nèi)是包含三個獨立半橋的六單元拓撲結(jié)構(gòu)。每個半橋都配備了NTC溫度傳感器。為保持現(xiàn)行的標準，DC和AC主端子的高度都是17mm，分布在模塊的兩個對邊。外殼的上部是驅(qū)動端子，目的也是為了移除焊接連接。基于這個原因，驅(qū)動器板采用彈簧觸點連接而非焊接。SKiM 63模塊和SKiM 93模塊的尺寸分別是114 x 160 mm2 和150 x 160 mm2。

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　　　　　　　圖3：SKiM，第一款 100% 無焊接IGBT模塊

　　靠近芯片和芯片之間主端子的功率軌被壓置在基板上，而不使用焊接連接。這種模塊設(shè)計具有非常低寄生模塊電感和電阻。

　　基板在許多不同的點壓置在散熱器上的事實意味著無雙金屬效應(yīng)。基板平放在散熱器上。, 導熱硅脂層僅20微米厚，遠比常規(guī)帶底板的模塊要薄，那些模塊的通常約為100微米厚。這意味著，盡管熱擴散相對較低，但能實現(xiàn)同樣的散熱性能。

　　將來，芯片焊接將被完全去除。SKiM模塊中將采用低溫燒結(jié)技術(shù)連接芯片，而不是將芯片焊接在基板上[3>。在這種連接技術(shù)中，連接層由銀制成。由于銀的熔點非常高（960 °C），將不會產(chǎn)生那些在熔點< 300 °C的焊層中出現(xiàn)的典型疲勞效應(yīng)。

　　要滿足給定熱循環(huán)能力要求，模塊必須要使用最新的工業(yè)塑料。對于SKiM模塊，賽米控選擇了CTI（相對電痕指數(shù)）> 600、RTI （相對溫度指數(shù)）為150 °C的聚酰胺。

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　　　　　圖 4：SKiM的溫度循環(huán)能力比標準模塊高5倍

IGBT / 二極管芯片

　　除了選擇最佳的機械設(shè)計外， IGBT和二極管芯片的完美結(jié)合也是必不可少的。對于設(shè)想的未來應(yīng)用，需要具有600 V和1200V斷態(tài)電壓的模塊。由于高溫的要求，600V應(yīng)用中的SKiM模塊使用了英飛凌科技的IGBT3芯片和賽米控的CAL HD，與此同時，1200V應(yīng)用使用了英飛凌科技新研制的