TPAK封裝IGBT模塊在新能源電機控制器上的應用

自從特斯拉第三代電驅系統選用TPAK SiC模塊獲得廣泛應用和一致好評后，國內各大IGBT模塊封測廠家、新能源汽車主機廠及電驅動系統開發商也紛紛把目光投向了這個簡小精悍的半導體功率模塊封裝-TPAK。那首先我們先來聊聊TPAK究竟有哪些優點呢？

首先，TPAK封裝采用介于單管和常規模塊之間的單開關模塊（Single Switch Module）設計，既超越了之前單管封裝帶來的輸出電流、輸出功率、寄生電感等限制，又保留了多管并聯的靈活性，可以根據不同的逆變器功率輸出需求，來選擇需要多少個TPAK模塊并聯。

表1不同封裝雜感/參數對比

從表1雜感對比，TPAK 雜感比TO-247更小，電流能力更高，雜感的減小，系統設計可以降低IGBT關斷電阻，從而減小關斷損耗，降低溫升，提升了可輸出的電流范圍。

通過熱仿真分析，DCLINK電壓410V，輸出電流260Arms條件下，單管單排芯片結溫在132°C左右，最高結溫均低于150°C，具有良好的載流能力和散熱效果。

圖1 TPAK單管單排出流能力仿真

其次，TPAK封裝尺寸既可以布置2并聯SiC晶圓芯片，也可布置下單顆300A /400A IGBT晶圓芯片，不僅布局靈活，出于SiC模塊成本高考慮，該封裝 IGBT模塊既可保證同等的出流能力，又可降低系統成本，具有靈活的兼容性。

圖2 TPAK IGBT內部布置圖

第三，無論從特斯拉電控還是國內已在設計的方案，TPAK封裝模塊均比傳統標準模塊具有功率密度高，結構緊湊，抗震動性能好等優良的結構特征。

除此之外，TPAK封裝采用AMB陶瓷基板+Cu-Clip取代傳統的傳統綁定線技術后，具有寄生參數小、熱阻低、電流密度高等良好性能。

圖3 AMB陶瓷基板+Cu-Clip

浙江翠展微電子推出的TPAK封裝的產品有標稱340A/750V的IGBT模塊，預計今年年底會推出具有更高電流能力的400A/750V的升級產品，同期也將推出5.5mΩ/1200V 的SiC 模塊，屆時，此封裝系列的產品可廣泛應用與新能源電驅系統及高壓大功率充電系統領域。

圖4 翠展TPAK IGBT和SiC規格

為了減小接觸電阻和寄生電感，TPAK封裝功率端子均采用激光焊接技術，TPAK功率端子均采用銅端子，銅銅之間的激光焊接技術是一種高效的粘接技術，在電池行業早已普及，銅銅連接點更為牢固和可靠也逐漸成為目前汽車模塊應用中的一種趨勢。

圖5 特斯拉驅動系統TPAK銅端子焊接

針對TPAK驅動系統上三相全橋方案上的應用，主要以單管單排方案居多，主要用于替代現有HP1 300A和400A模塊，單管單排方案具有結構簡單，焊接和生產工藝簡單，總體成本卻比HP1模塊要低。多管并聯方案，多數均采用多管雙排的方案，考慮系統的兼容性，設計最多可采用4管并聯方案，根據客戶應用需求可增加并聯的數量，而驅動電路和控制電路保持兼容，降低開發和設計的成本。 另外，由于TPAK相比傳統模塊具有結構緊湊，功率密度高的特點，為雙電控系統提供了空間優勢，根據需求可以在同一水道兩側分別布置多管并聯技術方案。

圖6 TPAK 結構布局

圖7 TPAK雙電控方案