導讀：上個周末和劉總等人一起找了地方喝了茶，主要聊了一些有關車載電源的發展方向，其中有一項內容就是OBC和DCDC會選擇塑封的功率模塊去替代原有分立方案。換句話來說，在汽車領域，從逆變器到我們看到的所有高壓功率部分，模塊化的趨勢是很明顯的。根據Yole分析報告，MOSFET市場有希望在2026年達到94億美金，IGBT市場84億美金，而功率模塊封裝材料市場在2026年有望實現35億美元的市場。
▲圖1.功率電子和功率封裝的市場
一、功率封裝
從價值區分來看，功率封裝材料的最大細分市場是基板，其次是襯底，排在后面的是襯底貼裝和芯片貼裝材料。由于需求漸長，功率器件市場的緊缺，這使得產業鏈發生了商業模式的改變和供應鏈的重塑。
從目前來看，原有Tier 1的汽車零部件供應商和車企OEM開始深度參與到功率模塊的設計和制造環節。半導體器件的功率模塊封裝對于系統廠商和汽車廠商來說，是一個往上游把控的機會，由于IGBT的功率封裝技術比較成熟，Tier1供應商和OEM更愿意在碳化硅（SiC）MOSFET技術領域下手。
▲圖2.功率封裝的迭代
2021年的芯片短缺，使得中國汽車企業對于核心功率電子部件的希望是供應鏈盡可能本地化。中國公司開發功率模塊封裝解決方案，開始使用一部分本土的功率芯片，歐洲、日本和美國公司提供的功率芯片還是占了比較多的部分。
▲圖3.基于SiC的封裝，從研發角度有一些可以做的點
從技術角度來看，功率模塊封裝技術不僅僅是關于引線鍵合、焊接和封裝；汽車領域的封裝技術，在功率密度、性能和可靠性有很強的要求是比較復雜的，需要特定的專有技術。
▲圖4.功率模塊的典型失效
二、功率模塊的發展趨勢
從技術發展的趨勢來看，Yole和聯電的工程師分別給了一個技術發展趨勢，我的理解，是需要按照每家車企的選擇來做一個梳理，目前在單個企業的押注好像有些早。圍繞耐溫、可靠性、寄生電感、熱阻和成本這些要素，可以組合出很多的系統方案出來。
▲圖5.功率模塊的技術發展趨勢
▲圖6.聯電探討的功率模塊技術
隨著SiC模塊的發展，圍繞Tier1和芯片廠家的各自路線是可以探討的，之前沒有特別的關注，接下來要花時間把這些信息收集起來進行歸檔和整理。
▲圖7.功率模塊的封裝
每家的技術路線和考量是不同的。以安森美為例，它的發展重點也會放在塑封壓鑄模塊上，也可以做直接水冷。壓鑄模塊跟凝膠模塊的差異，模塊功率密度可以更高，雜散電感可以更低，尤其是碳化硅可以接受的工作溫度更高，到200℃甚至以上。碳化硅的工作溫度可以是很高的。
同樣的系統價錢，用壓鑄模塊應該可以做到更大潛力和差異化——安森美現在跟很多車廠討論，為他們做一些特別制造的主驅模塊。冷卻塑封模塊的特性，除了比較低的雜散電感和高功率密度之外，在擴展性方面也相對比較好。安森美可以用三個半橋的模塊做成150kW的功率，也可以把它們兩個合在一起做成300kW，基本上占用的空間沒有太大差異。跟凝膠模塊相比，壓鑄模塊的生命周期是比較長的。在安森美雙面冷卻的模塊里，IGBT是一個智能芯片，主要內置了兩個傳感器。一個是溫度傳感器（精準的溫度檢測），另外一個是電流檢測也內置在里面（總體反應時間會比較快，能更好地去保護系統）。
▲圖8.安森美的技術路線
三、小結
在功率半導體的競爭中，國內企業國產替代的空間是很大的，從未來的市場需求來看，供應鏈安全的要求被放置在很高的位置。
來源：汽車電子設計 作者：朱玉龍
