英飛凌一直是IGBT封裝標準開發踐行者,Easy系列封裝就是由英飛凌引領封裝工業標準,其機械特性,物理特性非常適合當今的IGBT技術和系統應用技術,可以實現高功率密度和低系統成本。
隨著各終端領域競爭的日益激烈,客戶在對IGBT芯片性能提出更高要求的同時,對IGBT模塊的封裝也提出了更多新的需求。不同應用中,對封裝需求提升的側重點各有不同,比如在傳統的工業傳動應用中,客戶更看重平臺化設計需求與自動化生產延展性。而在光伏逆變器等對效率與體積有較高要求的應用中,電路拓撲更加多變、高速芯片的使用也更加廣泛,相應的也需要模塊封裝能夠更好的適應其靈活性。為了綜合應對這兩種挑戰,英飛凌未雨綢繆,在之前已被業界廣泛采用的Easy1B和Easy2B的基礎上,又新推出了無基板Easy封裝家族的衍生系列—Easy3B封裝,基于2片Easy2B尺寸DCB的新封裝。
圖1. 英飛凌Easy系列產品家族
這一新封裝“承襲”了Easy B系列的基因,讓我們看圖說話,一起探索Easy3B封裝的六大特點。
圖2. Easy3B新封裝
1. 延續Easy1B/2B的12mm模塊高度,方便客戶平臺化結構設計。
圖3. Easy3B 模塊的高度
2. 標配PressFIT壓接pin腳,適合自動化產線工藝,大大提高安裝效率,比焊接提高可靠性上百倍。
- 模塊壓接pin腳與PCB之間實現可靠連接,且保證低接觸電阻;
- 減少產線安裝時間,提高生產效率,降低客戶生產成本。
圖4. PressFIT 壓接pin腳
3. 高度集成:一個Easy3B封裝集成了2個Easy 2B尺寸的DCB,即一個Easy3B可用DCB面積是Easy2B的兩倍,這樣帶來的好處是:
- 方便客戶安裝,提高生產效率;
- 更緊湊的散熱器設計。
圖5. Easy3B用兩個Easy2B尺寸的DCB
4. 靈活多變的pin腳布局:Easy3B 封裝有多達298個pin 腳位置可以出針。
- 方便提供客制化方案,滿足客戶對拓撲及pin腳布局的不同需求;
- 方便客戶PCB板布局設計。
5. 左/右兩個DCB之間可以實現系統bonding。
- 可有效應對復雜拓撲的優化布局、更多芯片布局方案選擇,從而提供最貼近客戶需求的客制化方案。
6. 采用新的外殼材料,其CTI(相對電痕指數)>400,有效應對高母線電壓的應用場合。
另外,Easy3B封裝除了以上6大優點外,我們還特意針對其機芯特性從設計上做了性能提升,優化細節如下圖所示:
圖6. Easy3B封裝的機械特性優化
優化后的結構可以帶來以下兩大優勢:
1.減小模塊與散熱器之間的熱阻Rth_ch:
當鎖緊模塊在散熱器上時,兩個DCB中間的弓度補償器將會分別對DCB施加向下的壓力,以減小DCB與散熱器之間的空隙,從而盡可能地降低Rth_ch。
2.降低DCB襯底的壓裂風險:
兩個弓度補償器固定在圖示的彈性梁上,而彈性梁只有定義的形變空間,因此模塊安裝時的最大鎖緊力會受形變空間而受到限制,在經過彈性梁和弓度補償器,進而傳遞到DCB上時,可以很好地控制DCB上的最大受力。力的傳遞過程如下圖所示,所以大大降低了無銅基板模塊的DCB襯底的壓裂風險。
圖7. Easy3B模塊安裝受力示意
最近幾年國內的光伏發電應用發展迅猛,產品和技術已基本領先全球同行,因此中國光伏逆變器的生產廠家動向已代表了國際光伏發展的大趨勢。其中最引人注目的就是組串逆變器單機功率的不斷提升,無論是1100V系統還是1500V系統,其單機功率均已達到前所未有的高度,以1500V系統為例,從前兩年的主流100~150kW,今年各大廠商已升級到200kW~250kW。另外,光伏應用的拓撲多樣且多變化,這些都對傳統的器件封裝提出了新的挑戰—即設計靈活,成本優化,且能滿足各大客戶的客制化需求。Easy3B封裝上述結構特點,極好的適應光伏逆變器的應用需求與發展趨勢,將日益成為大功率組串式光伏逆變器的應用主流。