威柏电子EV电动汽车电驱动解决方案

时间：2020-01-05

	威柏电子EV电动汽车电驱动解决方案
威柏电子有限公司
汽车电子事业部
技术总监
王鹏


	EV、HEV用IGBT模块
采用直接水冷铜散热片基础结构、实现了高功率密度和小型封装的EV、HEV用IGBT模块
产品中分别内置有6个IGBT和FWD。此外，还内置有用于检测温度的热敏电阻。


	EV、HEV用IGBT模块 650V级


	
威柏电子有限公司|深圳市威柏德电子有限公司
M651  6MBI400VW-065V威柏电子有限公司|深圳市威柏德电子有限公司  650  200  400  2.00 （IC=400A）  1.70 （IF=400A）  660g
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M652  6MBI600VW-065V威柏电子有限公司|深圳市威柏德电子有限公司  650  300  600  2.00 （IC=600A）  1.70 （IF=600A）  900g
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M653 6MBI800XV-075V威柏电子有限公司|深圳市威柏德电子有限公司  750  800           


	大容量车载标准モジュール：M653 
New general purpose module for automotive：M653 
750V/800A 6in1 module 
特长：Features    制品：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（反向导通IGBT）
 
     ?オンチップ温度センサ内蔵 
     On-chip temperature sensor 芯片内部内建温度传感器
     
?オンチップ电流センサ内蔵 
 On-chip current sensor 芯片内部内建电流传感器
 
●コンパクトなパッケージを采用：アルミ直接水冷（ウォータージャケット构造） 
 
  Compact package：Aluminum direct cooling water-jacket 小型封装：铝制直接冷却水套
 
     ?162mm×116mm×24mm 
 
     ?薄型?新构造フィンウォータージャケット采用
 Thin and new fin structure 
 
 
     ?冷却水出入り口にフランジ构造を采用 
 Flange structure at cooling water IN/OUT 凸缘结构在冷却水/输出
 
      *热抵抗を弊社従来构造比で约40%低减 
       reducing thermal resistance about 40% 减少约40％的热阻
 
         comparing with conventional fin type heat sink 与传统的鳍片式散热片比较
 ?制御ピンにプレスフィットピンを采用 
     
 
●175℃**：  175℃ guaranteed 175℃芯片运行温度
 
【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   车载 IGBT模块的基本概念 
近年来，考虑到对环境的影响，**都在探求如何降低二氧化碳排放量。为了降低二氧化碳排放量，在汽
车领域正在推进混合动力车(HEV)和电动汽车(EV)的普及。HEV 和 EV 通过将高压蓄电池中储存的直流电通
过电力转换装置转换为交流电来驱动电机以带动车辆行驶，而这种电力转换装置中主要使用 IGBT 模块。由
于需要在汽车的有限空间内安装高压蓄电池、电力转换装置、电机等，因此，电力转换装置中使用的 IGBT
模块要尽可能实现小型化。 
在此背景下，富士电机车载 IGBT 模块以“小型化”为基本概念进行了开发。 
图 1-1 所示为对 IGBT 模块的基本市场需求。对 IGBT 模块的基本市场需求为提**和**性、降低环境
压力。性能、环境、**性的各种特性相互关联，因此，为了实现 IGBT 模块的“小型化” ，对这些特性进行
均衡改进是非常重要的。 
本次开发的车载 IGBT 模块，通过采用(i)直接水冷式结构、(ii)高散热陶瓷绝缘基板、(iii)* 6代 V 系列 IGBT
芯片、(iv)高强度焊锡材料，较大限度地发挥了性能、环境、**性的各种特性，实现了“小型化”这一基本
概念。 
 
富士电机半导体**代理：威柏电子有限公司
2   直接水冷式结构 
本次开发的车载 IGBT 模块，通过采用直接水冷式结构，大幅降低了热阻。以往的 IGBT 模块为了降低铜底
座和散热片之间的接触热阻，采用散热硅脂，但是，散热硅脂一般为热传导率较低的材料，存在散热性差的
问题。直接水冷式结构中铜底座和散热片实现一体化，由于散热片部分可直接接触冷却液，因此*使用散
热硅脂，从而使得 IGBT模块的散热性大幅提高。图 1-2 所示为本次开发的车载 IGBT 模块的外观。 
图 1-3 所示为对使用散热硅脂的以往结构和直接水冷式结构的恒定热阻进行的比较。由图 1-3 可知，通过
采用直接水冷式结构，消除了散热硅脂层的热阻，恒定热阻约减少了 30%。 
 
3   高散热陶瓷绝缘基板的应用和高强度焊锡 
3.1  高散热陶瓷绝缘基板的应用 
在上述直接水冷式结构的基础上， 为了进一步降低热阻， 模块的绝缘基板采用热传导率较高的氮化硅(Si3N4)
陶瓷。在图 1-4 中，对使用氧化铝(Al2O3)绝缘基板的以往结构（使用散热硅脂）和使用氮化硅陶瓷基板的直
接水冷式结构的热阻进行了比较。通过去除以往结构中热阻较大的散热硅脂层并提高绝缘基板的热传导率，
实现了热阻的大幅降低（比以往降低 63%） 。 
3.2  高强度焊锡 
与产业用半导体和民生用半导体相比，汽车用半导体多在严酷的环境中使用，因此对**性要求较高。特
别是因温度循环产生的压力导致连接绝缘基板和散热底座的焊锡部分出现裂纹后，将引起热阻上升和芯片异
常升温，进而损坏 IGBT模块。富士电机车载 IGBT 模块中，通过采用新开发的 SnSb系列焊锡，与以往使用
SnAg系列焊锡时相比，大幅抑制了裂纹的扩大（图 1-5） 。


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深圳市威柏德电子有限公司是中国香港威柏电子在深圳的分公司，主要服务中国华南地区及特别是珠三角地区客户，为客户提供电力电子核心功率器件，致力于中国华南地区及特别是珠三角地区工业及新能源发展！中国香港威柏电子(Westpac Electronics)创办於1992年，为日本富士电机(FUJI ELECTRIC)功率半导体器件之中国及中国香港地区**代理。主要产品为富士电机IGBT模块，富士电机IPM模块，富
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中国香港威柏电子(Westpac Electronics)创办於1992年，为日本富士电机(FUJI ELECTRIC)半导体器件之中国及中国香港地区**代理。主要产品为FUJI富士电源IC,FUJI富士MOSFET,FUJI富士三极管，FUJI富士**快恢复二极管，FUJI富士肖特基二极管，FUJI富士单管IGBT，FUJI富士Super J-MOS,FUJI富士电机IGBT模块，FUJI富士电机IPM
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