为高性价比混合动力传动系统构建模块

作者：IR公司

欢迎访问e展厅 展厅 4 汽车与公路设备展厅 乘用车/客车, 电动/混合动力汽车, 卡车/货车, 专用车, 交通安全设备, ... 本文阐述了IR公司全新一代模块理念，并且利用标准化的电源电子构建模块，实现高性价比（混合型）动力汽车（HEV）的设计。HEV传动系统的灵活性和可升级性将让OEM公司可以采用平台理念，适用于更广泛的汽车尺寸和款式。除此之外，IR公司的构建模块还将使更小的（H）EV厂商能够针对其最经常定制的汽车架构，构建起最先进的动力电子系统。 IR公司新一代汽车动力平台 随着传动系统电气化水平的不断提高，我们很遗憾地发现，在（H）EV传动系统市场上，存在众多定制化和多样化的产品，而不是高性价比的标准化产品。这个问题有一部分是由于各种市场、地域和终端用户需求所推动的。而且，环境因素和基础设施建设的条件对于汽车厂商的（H）EV战略有着重大影响。由此看来，我们不太可能迅速地找到一个标准，可以实现更高性价比的（H）EV传动系统。 作为面向电源管理器件的领先半导体厂商，IR公司正在尝试，利用在子系统水平上实现标准化的高级芯片和封装解决方案，为汽车客户提供一种高性价比的方式，以构建最前沿的动力系统，同时这些方案在更大的系统集成水平上，可以实现完全的订制化、灵活性和可升级性。 此外，IR公司还意识到，在半导体技术方面的最新进步，例如适用于高性能IGBT的超薄晶片技术，使得客户在处理和组装这些尖端器件的时候，变得越来越困难。因此，IR公司树立起目标 ：不仅仅是提高自身的芯片技术，以及为客户提供最先进的封装，而且还将提供多种产品选项，使得采用不同厂商工艺和组装性能的客户可以在不增加现有生产线成本的前提下，采用IR公司的器件。同时，通过采用IR公司的解决方案，甚至可以让客户极大地降低设备和生产成本，例如，如果客户采用IR公司预组装的子系统构建模块COOLiR2DIETM，可以从它们自有的组装线中，完全去除所有昂贵的键合设备。 COOLiR2 TM 首先来看一下（H）EV传动系统的主要元件，在几个10kW、最高超过100kW的AC/DC转换器中的动力模块，驱动一个电子传动系统的主要电子电机。在考虑到对于像丰田公司这样的领导型OEM来说，高压电源器件和电源模块对于传动系统而言，在性能和成本方面的贡献至关重要，这些公司甚至还在其芯片工厂里，开发出其自有的IGBT器件，以完全满足客户对于（H）EV应用的订制化需求。其它的OEM或系统供应商与领先的半导体供应商构成联盟，进军市场上多数高级芯片器件，或采用各自供应商未来产品发展路线图的设计系统的安全供应。 一些大的一级供应商甚至建立或显著提升了其自身的电源模块组装能力。它们要求采用一些极其昂贵和尖端的无尘室设备，从而在其自有的生产线中，将芯片裸片器件组装进完全定制的功率模块中。 同时，所有的小型（H）EV厂商和蓬勃发展的汽车公司也是不能忽略的。它们通常具有较少的资金，并且严格地关注其构建模块的性能。所以，它们一般需要采用打包的标准型产品，如分立式元件，或者不得不采购昂贵的现货供应系统，用于其汽车架构的合成。有时，这些产品甚至不合乎汽车质量标准，客户不得不退步采用那些普遍适用于工业等级的产品。这恰恰是在当今不断发展的中国，（H）EV项目初始阶段的常用方法。一般来说，临时出价的情况可能并不罕见，用以在高压、大功率汽车电子市场，处理有限的产品供应。 因此，IR汽车部门树立起了自己的目标，即利用其产品满足不同客户在整个范围上对于性能的需求，同时还为系统厂商提供具有不同集成等级的标准化构建模块，采用不同的技术路线。图1说明了IR公司构建模块方法的理念。其最新和最高级的芯片是采用COOLiRIGBTTM和COOLiRDiodeTM的商标名来供应的。这些芯片特别针对采用最高密度模块开发的应用，并且提供了可选的键合或完全无键合的可焊接前端金属化。上面所提到的这些具有强大芯片生产能力并且倾向于采用非常洁净生产环境，从而能够处理高敏感度裸芯片的客户，可以从IR公司采购晶圆或模片式的产品器件。但是这也并非易事，这需要丰富的经验和非常昂贵的设备，用以选取和放置大量70祄或更薄的超薄型芯片器件，而不破坏或损伤昂贵的晶片元件。那些微小的破坏可能不容易立即被发现，但是在应用中，电热压和电子压力作用下，将会极大的缩减电源系统的寿命。因此，只有采用适当设备、经验非常丰富的客户才能够通过采用超薄的芯片器件，构建起高质量水平的可靠的、耐用模块。 为了帮助客户跨越这些障碍，IR公司提供了预装型器件及在坚固陶瓷底座上、经过完全测试的器件，它们将成为客户电源模块的一部分，被称之为COOLiR2DIETM，它包括一个预先组装、但可升级的COOLiRIGBTTM和COOLiRDiodeTM。客户可以直接将其焊接到模块底座上。通过选择不同的电压、模块尺寸、电流水平等，或者通过将几个COOLiR2DIETM平联，客户可以为其各自的客户电源模块设计选取恰当的标准化产品。IR公司提供了两个版本的COOLiR2DIETM，从而利用上芯片或下芯片的芯片安装（见图2）来实现高端和低端配置。 客户可以轻松采用标准的选取和布置设备、SMD组装设备和一个标准的焊接工艺，将这些预封装的和坚固的器件安装在一个定制的模块基底盘上。他们不再需要处理任何超薄型芯片，因为IR可以处理这些最初阶段和设备密集组装的步骤。同时不需要成片上千的键合，而这些键合在今天最前沿的电源模块中却很常见。由于不再需要这些先进的键合设备，客户可以节约数百万的投资。同时，它们还除掉了通常被低估的由厚键合线打开超薄模片引发组装失效的机制，因为它们仅需要一种焊接工艺，把器件COOLiR2DIETM安装进它们的模块基座即可。这就独自实现了延长的模块寿命并增强了稳定性。 由于在大电流下经过了100%的测试，因此当采用裸芯片时，COOLiR2DIETM产品还将实现高于客户最终模块组装产出，因为在大电压和大电流下，薄片和晶圆都具有很强的探测限制。客户模块生产在产量上的提高会带来最终系统成本的极大缩减，而这恰恰是列于设备和组装部分节省之首的。 尽管COOLiR2DIETM集成水平正是那些想要设计其自我定制的逆变器或DCDC转换器产品的系统设计师想要的，但是也有许多客户更倾向于采用具有更高集成等级的产品。不愿意处理这些基本模块布局和处理与封装界限的芯片结温热性能优化的客户，可以购买标准型模块COOLiR2BRIDGETM。这是一款高度先进和双面冷却的半桥电源模块，在高端和低端半桥配置中，采用两个COOLiR2DIETM。对于那些想要采用不带键合，并实现高竞争性电子性能的EMI和电感优化型模块的客户而言，这些模块为他们实现了另外一个等级的收益并降低了复杂性。现在，通过将半桥模块COOLiR2BRIDGETM集成到他们的逆变器系统，客户可以关注主要的逆变器设计。通过选择恰当的标准化模块构建模块，可升级性和灵活性再次成为主要的优势项目，甚至通过将几个COOLiR2BRIDGETM模块并联到一个逆变器内，可以允许生成更高的功率等级。 最终形成了一个高功率密度电机驱动逆变器COOLiR2BRIDGETM，如图3中所显示的示例。它是一款不采用键合线，基于标准型构建模块的成本优化型系统，可以为客户的HEV应用，提供最高鲁棒性和可靠性的产品。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/29/2012)