2024年6月19日-20日，由巨力自动化总冠名，电动汽车电驱动系统全产业链技术创新战略联盟主办，中国电工技术学会电动车辆专委会协办，NE时代承办，中车电驱、上海电驱动为战略合作单位的“2024第四届全球xEV驱动系统技术暨产业大会”在上海嘉定圆满召开。

浙江晶能微电子有限公司副总裁朱晔博士以《主驱功率模块设计与应用》为主题做了相关报告，以下为其演讲转录：

给大家介绍一下晶能微电子主驱模块的产品以及设计思路。

01.

公司定位

晶能成立于2022年6月，是吉利旗下功率半导体公司，在全球产业资源支持下，构建了行业领先的研发与制造体系，重点服务电动汽车、可持续能源与高效能工业等场景。晶能坚持以用户为中心，专注技术创新，从材料、芯片到模组等多维度出发，提供差异化、定制化解决方案。

02.

主驱模块研发共创

主驱模块一直是晶能主打产品，下面我详细给大家介绍一下晶能在主驱模块研发、客户共创方面的心得。

在整个主驱模块开发过程中，我们会结合内部研发的优势，包括从模块设计、工艺研发、产品应用和实验室四个维度，结合项目管理经验，服务OEM和Tier1。在模块设计初期，会跟客户的研发团队深入沟通与定制化的设计碰撞。在产品测试和应用导入过程中，与客户的产品、质量等团队保持同频。

晶能产品研发的理念是在客户项目前期获取需求中，进行定制化设计开发。包括关键原物料、陶瓷基板、Layout、接口设计。结合所有设计需求，通过仿真快速的迭代，根据客户电压、电流等需求，可以推导出内部的电学、力学和热学三种模型，经过计算与仿真，检验方案是否能匹配客户需求。同时结合整车寿命要求，会根据客户需求推导出对模块工艺参数、抗温度冲击、应力分布等详细需求分解。

针对模块设计规范，我们制定了详细的开发流程，从电气设计、热设计、流体设计、可靠性仿真分析、过程仿真分析五个维度来进行。在电气设计过程中，杂感优化是最为重要指标之一。我们关注各个芯片之间杂感差异，找出芯片比较薄弱的位置，包括栅极杂感的不均流度等情况。除此之外，并联芯片的动态和静态电流不均衡度以及开关过程中所产生的震荡问题，包括SiC应用中经常出现的栅极震荡和串扰的问题等。针对热设计，除了模块热阻的标定，我们也关注芯片与芯片之间散热差异，确保同一个桥臂下芯片散热是均匀。针对控制器三相之间芯片的热分布，我们做了针对性的设计优化。在流体设计方面，我们设计多种的PINFIN结构，优化散热结构，同时根据内部芯片的摆布做最优水道方案。

做好设计之后，如何将设计落地到有批产性的产品上，工艺和制造是核心关键。晶能建立了强大的单项工艺库。以芯片连接工艺举例，传统的键合方案有铝线键合，有针对SiC应用DTS和铜线工艺，晶能也开发出Copper Clip铜夹工艺。到底如何选用哪种工艺实现设计方案，我们会根据客户成本需求和对可靠性要求进行评估。过去IGBT芯片通常使用焊接工艺连接衬板，现在有了纳米烧结银、铜烧结等技术，我们充分做到技术沉淀与积累。最后是设备能力库，主驱功率产品路线多种多样，有壳封、分立器件、TPAK、塑封半桥等，产线要强调兼容性的能力，兼容多种工艺和多样产品，才能实现最大的产能利用率。

工艺和制造能力之后，需要解决产品测试和性能验证。验证分为两个部分：第一部分是产品性能验证，第二部分是产品可靠性验证。性能验证包括产品的静态、动态测试、热阻测试，出流等多个维度，同时我们的实验室也具备全套性能验证能力。静态测试一方面是验证芯片的特性，另一方面检验封装过程中对芯片保护情况。动态测试则关注芯片动态的损耗、反向恢复特性等。热阻测试会关注暂态与稳态热分布的情况。最后通过黑模块在出流设备上观察芯片输出电流和功率的表现能力。

除了性能测试以外，车规级产品最重视的是可靠性测试能力，晶能内部建立了覆盖AQG324十项所有测试项的可靠性实验室，同时我们也搭建失效分析实验室，能做快速诊断产品失效原因。

03.

电动汽车主驱产品

晶能的主驱产品包含五大平台，覆盖Si基到SiC基，低压到高压，壳封到塑封，满足从30kW到400kW全功率段。第一个平台是H1产品（兼容HPD），第二是H2产品（兼容HP1），目前这两个平台产品都已完成车规体系认证。第三款是SiC基 M1(塑封半桥模块)，最大可兼容十颗芯片并联，实际出流可超800A有效值。第四款兼容TPAK的M2方案，最后一个是兼容DCM的M3方案。

H1 硅基IGBT产品规划主要分三个阶段：第一阶段开发了400V平台的产品，覆盖100kW到150kW功率段，搭载晶能自研的1.6微米元胞尺寸的微沟槽IGBT产品；第二阶段覆盖800V平台应用的1200V功率模块，芯片采用1.6微米元胞尺寸的微沟槽IGBT的方案，目前许多主机厂客户在800V平台前驱使用该方案；第三阶段集成霍尔电流传感器于模块内部，能节省15%的系统体积，成本上有优势。同时第三代所使用的IGBT芯片升级到7.5代。该方案已在客户端进行导入验证。

SiC H1产品规划主要分三个阶段:第一阶段开发了兼容4并/6并/8并偶数并联方案。第二阶段开发5并/7并的奇数并联方案。目前成本竞争压力大，对于核心芯片精细化要求也在提高，因此我们诞生出奇数并的方案构想。奇数颗并联芯片布局是最大挑战。因为对称性不像偶数那么容易实现，因此我们的设计师花大量时间来优化5并与7并芯片布局方案，目前已取得了一些成果。在SiC H1产品中，我们所采用的Cu Clip方案，在秒级功率循环能超过6万次以上，还算是不错的成绩。第三阶段会进一步对模块进行定制化的开发，满足客户系统级超低杂感的需求。如运用端子激光焊工艺，系统级杂感能控制在16nH以下。

塑封半桥模块的产品规划，第一步我们开发了兼容市面上已大量使用的两款设计，支持200kW到400kw的功率段，芯片支持4-10并方案。下一代在规划全桥塑封方案，支持系统超低杂感的需求，并且运用了系统级焊接与烧结等领先的技术方案。晶能的塑封半桥模块M1（10并）方案， 在845V电压状态下，实际出流能达到700多A，而结温仅仅只有166度。当然我们也对芯片做了小小的提升，目前使用的SiC芯片只有25平的面积，未来搭载更大的芯片，有望突破800A甚至850A以上。

目前晶能布局在温岭有一个分立器件封装基地，主要生产面向两轮车市场、工控市场的产品。目前产线已经满足车规级产品生产要求，推出了包括TO247P等产品，在低功率段的主驱上搭载使用。同样我们也开发了匹配电源，包括OBC、DC/DC、充电设备等方案，包括推出TO247-4，TO247-7、TOLL等产品，从传统的二极管、Si MOS、到SiC MOSFET的封装。

晶能M2产品系列覆盖750V与1200V电压等级，包括Si基IGBT和SiC MOS两种方案。我们升级了芯片性能，提升芯片的尺寸，最大单颗可达到350A的有效值。现在SiC版本有2并/3并两个方案供客户选择，3并方案可做到3.7毫欧。同样使用了银烧结技术，结温从175度提升到200度。目前，行业中IGBT TPAK工艺路径主要是两次焊接，我们创新开发了一次焊技术避免了客户在使用过程中，芯片重融导致位置偏移失效。同时焊接使用更高焊料，给温度选择留足空间。我们希望多做一点工作，让客户使用更简单一些。

晶能联合客户也在对混合并联方案进行探索，结合不同的驱动和并联数量，得到最优的解决方案。

04.

先进制造集群

晶能目前布局有三座先进的制造基地。第一座基地位于杭州余杭区，目前可达75万套壳封模块的产能规模。第二座基地位于嘉兴秀洲，包括晶圆制造和塑封模块的封装。第三座基地位于台州温岭，目前主要布局单管封测，每月超三千万颗的出货量。为了保证产品的稳定性，产线大部分设备均采购国际主流核心设备，产线自动化程度达到94%以上。

我们针对质量过程控制，从前期拿到客户输入，我们会做特殊特性的识别，包括内部的PFMEA的风险评估，分解到内部的控制计划，来进行质量管控。同时根据客户信息分解到内部的物料和封装信息，追溯到供应商产品的信息，保证各个物料，各个零部件的可追溯性。

谢谢大家！