一直以來，極氪承擔(dān)了吉利向高端市場突圍的重任，極氪009是吉利的第二款碳化硅車型，第一款是smart精靈#1（4月份發(fā)布），這兩款車都搭載極氪威睿的200kW SiC電驅(qū)動總成，其中的碳化硅模塊由芯聚能供應(yīng)。

該消息也在昨天上海的功率及化合物半導(dǎo)體會議上得到了芯聚能周曉陽周總的驗(yàn)證，據(jù)周總稱，已經(jīng)向該兩款車型供貨超過萬余套碳化硅模塊產(chǎn)品。未來在浩瀚平臺上的多款車型仍有可能繼續(xù)供貨！

芯聚能SiC模塊

 

芯聚能車規(guī)級SiC模塊

芯聚能碳化硅模塊的設(shè)計(jì)和可靠性

 

不久前，芯聚能應(yīng)用芯聚能半導(dǎo)體應(yīng)用高級經(jīng)理肖鵬在行業(yè)會議上介紹到：碳化硅的優(yōu)點(diǎn)很多，但在實(shí)際應(yīng)用中，存在諸多挑戰(zhàn)，首先碳化硅器件開啟電壓非常低，大概2~3伏左右，硅基可以到達(dá)7~8伏。我們設(shè)計(jì)拓?fù)涞臅r(shí)候，上下橋臂容易產(chǎn)生上下串?dāng)_，對于驅(qū)動很有挑戰(zhàn)。另一方面，功率器件開關(guān)速度非常快，表現(xiàn)在di/dt過高，能到接近兩三萬的等級。我們在設(shè)計(jì)開關(guān)器件的時(shí)候，整個(gè)系統(tǒng)的雜散電感一定會有，大概20~30nH左右，di/dt乘雜散電感就是電壓應(yīng)力，超過安全工作區(qū)可能就存在失效的風(fēng)險(xiǎn)了。
針對碳化硅模塊的設(shè)計(jì)和可靠性。芯聚能主要從以下四點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化：
1、封裝設(shè)計(jì)：
如用功率、熱阻、損耗、雜散電感以及最高結(jié)溫等等這些，來作為一個(gè)平衡指標(biāo)進(jìn)行模塊的開發(fā)與設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的IGBT可以用鋁鍵合工藝，可靠性、功率循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到四萬次左右，對于碳化硅器件來說，碳化硅比較薄，表面非常硬，表現(xiàn)出來的就是碳化硅芯片是非常光滑的，所以用傳統(tǒng)的鋁/銅鍵合工藝無法把性能發(fā)揮出最好。
芯聚能會采用幾種方案，一種是銅框架，第二種鋁箔、銅箔的方案。這種方案好處在于，如果電機(jī)轉(zhuǎn)速非常低的情況下，如果采用了Clip方案，它和芯片表面之間相當(dāng)于很大的電容，這個(gè)電容會吸收結(jié)溫波動，有很好的可靠性的效果。

2、封裝工藝：
在驗(yàn)證和測試當(dāng)中，我們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的芯片與陶瓷之間是通過焊錫連接的，焊錫測試過程中可能會產(chǎn)生分層，它可能會導(dǎo)致失效，成為失效的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。碳化硅采用了銀燒結(jié)工藝，這種工藝有有壓的，也有無壓的，采用銀燒結(jié)工藝一方面可以提高可靠性、壽命，另一方面可以減少熱阻。
芯聚能在模塊開發(fā)過程中，對于雜散電感的優(yōu)化做了很多工作，踩了很多坑。我們以前也是從平面型的封裝結(jié)構(gòu)，到立體封裝結(jié)構(gòu)，同時(shí)從薄膜疊層，到銅排DBC疊層。
3、封裝可靠性：
對于碳化硅來說，可靠性驗(yàn)證越來越嚴(yán)苛。原來硅基器件老化的時(shí)候可以按照125~150攝氏度，新型碳化硅器件可以達(dá)到150~200攝氏度。其次是振動條件，原有的硅基器件正常頻率加速度，新型的碳化硅器件模塊帶驅(qū)動板，參考零部件頻率加速度，原有硅基的循環(huán)壽命只是4~5萬次，結(jié)溫按照150攝氏度，新型碳化硅器件循環(huán)壽命可以達(dá)到5~6萬次，甚至到10萬次，結(jié)溫在175攝氏度。
4、芯片可靠性：
在碳化硅材料上的缺陷，也可能引起失效的問題。標(biāo)準(zhǔn)的4H結(jié)構(gòu)生長出來的襯底或者外沿，這是我們理想性的。很多文章寫到，關(guān)于它的失效點(diǎn)，這個(gè)失效點(diǎn)典型的例子就是BPD，如果在功率循環(huán)或者在高低溫循環(huán)做測試的時(shí)候，可能碰到它了，就會產(chǎn)生模塊的失效。芯聚能會在芯片級做老化篩選，剔除老化的缺陷。