株洲中車時代電氣股份有限公司副總師 劉國友
各位專家上午好!我來自株洲中車時代，可能很多不清楚中車還做半導體。今天想匯報我們的封裝技術解決方案。主要是四個方面，IGBT是新能源汽車的核心了，電機包括電池國產化的速度還是比較快的，但是IGBT芯片這一塊面臨的挑戰(zhàn)還比較大。IGBT在電動汽車中的應用工況非常復雜，高溫高濕高振動對IGBT是一個比較大的考驗，裝配體積包括成本的要求都非常地嚴格，同時壽命要求也比較高。并不是說IGBT都是汽車級的IGBT，它的要求要比普通工業(yè)的要求高很多了。IGBT技術創(chuàng)新對性能的提升很重要，低損耗、寬安全工作區(qū)的要求，對整個結構實際上也是非常好的機會。對FRD的震蕩大，是很多IGBT模塊里面共有的一個特性，如何降低這個震蕩是一個非常大的挑戰(zhàn)，同時在封裝的時候如何解決低熱阻、高散熱這一塊也是一個挑戰(zhàn)。功能的集成除了我們常說的溫度跟低熱傳感器的芯片設計有關，還包括本身的功能集成。
下面匯報一下中車在汽車IGBT芯片的封裝技術方面做的工作。我們目前是第二代汽車IGBT芯片了，第一代的汽車IGBT也是我們目前實現(xiàn)12.um的Mesa結構。我們去年研發(fā)出了下沉發(fā)射溝槽IGBT，它的好處是可以進一步提升折衷特性。最右邊是常用的技術，我們可以極大地降低損耗，這個損耗主要通過調節(jié)載流子路徑可以實現(xiàn)。我們實際上把電廠建立了均衡的控制，載流子就不會形成擁擠的狀態(tài)，整個損耗可以很大幅度地降低，這種技術可以實現(xiàn)11倍額定電流下的關斷，同時短路電流失效為熱失效，同時，進一步地降低了關斷開通的損耗，可以進一步降低它的開通損耗和關熱損耗，降低20%，這樣更容易實現(xiàn)開通特性。在FRD這一塊，我們采用了一種新的技術，是PIC的結構，對反向恢復過程進行控制。整個無震蕩質子注入，具有高魯棒性、低反向恢復能量、無震蕩。在封裝技術這一塊，在高效散熱，主要通過材料的選擇有效降低整個模塊的熱阻，同時我們采用一些新型的封裝結構，盡可能減少散熱的層級，有利于散熱，它的熱阻可以得到大大地降低;同時，采用一些新的冷卻方式，像Pin-Fin，一種是針翅結構，一種是片翅結構，可以采用雙面冷卻的技術，進一步降低IGBT模塊的熱阻。結構的集成這一塊主要根據客戶定制化需求，建立高功率密度的集成，這樣更加可靠，成本也可以大大地降低，這是我們已經開發(fā)完了的汽車IGBT的組件(PPT)�？煽啃赃@一塊，我們研發(fā)了銅工藝互連技術，具有優(yōu)良的電導率和熱導率，超過6倍的功率循環(huán)能力。實際上，金屬超聲鍵合的方式，獲得比較低的接觸熱阻，同時提高大電流的承載能力。芯片焊接這一塊目前普遍采用的是低溫銀燒結技術，有超高的熔點，優(yōu)良的熱導率，具有較好的熱功率循環(huán)能力。
通過這些技術，我們已經開發(fā)出了IGBT的一些產品，目前是三個產品。第一個是標準封裝技術，第二個是針翅型標準封裝，第三個是緊湊型平面封裝�；谶@三個平臺，對整個產品進行了細化地分類，以滿足不同應用工況的汽車IGBT模塊。M1的這款模塊目前已經在我們一線的電動大巴上面進行了大量的應用。我們有很明顯的優(yōu)勢，這也是整個IGBT芯片在控制這一塊的特點。我們的750V在損耗這一塊，是有一些優(yōu)勢的。L1模塊是雙面冷卻雙面焊接的，我們非�？春眠@個產品。客戶對我們這個產品比較感興趣，這款產品整個損耗比較小，包括開發(fā)損耗，包括它有很低的熱阻。我們開發(fā)了高密度的集成IPU，具有高功率密度、高可靠性、低成本，整個功率密度可以達到27.3。
汽車IGBT技術發(fā)展趨勢，一方面基于我們開發(fā)的技術，我們進一步通過降低它的性能寬度，節(jié)約了制造損耗，在協(xié)調方面比現(xiàn)有的產品提高很大的一個比例。同時，我們也在研發(fā)逆導型的IGBT，這樣進一步提高它的整個密度。超結IGBT也有很廣泛的應用，這樣子(PPT)，進一步降低整個IGBT芯片的損耗。在功能集成這一塊，主要是把溫度傳感器和電流傳感器功能的集成，我們可以實現(xiàn)對整個芯片級的管理，同時我們也更加緊湊地集成水冷流道的散熱結構。銅工藝這一塊，改進整個IGBT的金屬化，銅線鍵合。在汽車這一塊我們已經開發(fā)了IGBT模塊，芯片是有銅金屬化的人來做的，同時端子也是超聲鍵合的。燒結技術是銅燒結技術，也是一種低溫的工藝。在底板散熱這一塊也是一體化的，我們也開發(fā)了GaN、SiC器件。我們承擔了科技部的國家重點項目，我們在這一塊也在做一些工作。
最后做一個小結，實際上作為中車，我們不僅希望我們能在高鐵、電網這一塊能更新我們的工業(yè)，我們也希望能為國家新能源汽車的發(fā)展有所作為。謝謝大家!
