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11種封裝的國產碳化硅模塊及新工藝頂部散熱產品介紹應用

發布時間：2025-7-25 15:25 發布者：Eways-SiC

關鍵詞：碳化硅（SiC）模塊 , 電機控制 , 永磁同步電動機 , DC-DC變換器 , 牽引變流器

碳化硅（SiC）功率模塊是電力電子領域的革命性產品，因其材料特性在高溫、高壓、高頻應用中表現卓越。以下是其核心組成部分及優勢分析：一、SiC模塊的核心組成部分

SiC芯片
- 開關器件：SiC MOSFET（常用）或JFET，替代傳統硅基IGBT，實現更高開關頻率和更低導通損耗。
- 二極管：SiC肖特基二極管（SBD），無反向恢復電流，降低開關損耗。
封裝結構
- 基板：采用高導熱材料（如氮化鋁陶瓷或Si3N4），確保散熱效率。
- 互連技術：銀燒結或銅線鍵合，提升高溫可靠性。
- 外殼：優化電磁屏蔽和絕緣設計（如環氧樹脂或陶瓷封裝）。
輔助元件
- 柵極驅動電路：適配SiC器件的高速開關需求，減少寄生參數影響。
- 溫度傳感器：實時監控模塊溫度，防止過熱損壞。

二、SiC模塊的顯著優勢

材料特性優勢
- 高擊穿場強（10倍于硅）：支持更高電壓（1200V以上），器件厚度更薄。
- 高熱導率（3-4倍于硅）：散熱效率高，降低冷卻需求。
- 寬禁帶寬度（3.26 eV）：高溫穩定性強（工作溫度可達200℃以上）。
性能提升
- 低導通損耗：SiC電阻率極低，導通壓降小（如SiC MOSFET的Rdson更低）。
- 高頻開關：開關速度比硅快10倍，減少無源元件（電感/電容）體積和成本。
- 低開關損耗：SiC二極管無反向恢復問題，適合高頻應用（如光伏逆變器、電動汽車）。
系統級效益
- 能效提升：整機效率提高5%-10%（如電動車續航延長）。
- 輕量化：高頻特性允許使用更小的散熱器和被動元件。
- 可靠性增強：高溫環境下壽命更長，適合嚴苛工況（如航空航天、工業電機）。
應用場景優勢
- 新能源領域：光伏逆變器、風電變流器中減少能量轉換損耗。
- 電動汽車：電驅系統體積縮小，快充樁功率密度提升。
- 軌道交通：高壓牽引系統重量減輕，能效優化。
  
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三、挑戰與權衡

成本問題：SiC襯底制備復雜，目前價格高于硅基（但隨量產逐步下降）。
工藝要求：需優化封裝技術以匹配SiC的高溫、高頻特性（如解決柵極振蕩問題）。
驅動設計：需低電感布局和專用驅動IC以避免電壓尖峰。

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D21 系列碳化硅（SiC）功率模塊-頂部散熱

1. 系統體積小，成本降低；
2. 高功率密度，低寄生電感，低開關損耗；
3. 散熱能力強；
4. 參數范圍：
VDS：1200V ID：32A RDS(on) ：80mΩ

SM8 系列碳化硅（SiC）功率模塊-頂部散熱

1. 低寄生電感，低熱阻；
2. 更優散熱性能，安裝便捷；
3. 參數范圍： VDS：1200V ID：32A RDS(on) ：80mΩ

ME2 （34mm)系列碳化硅（SiC）功率模塊

1. 采用全焊片工藝，Cu底板+低熱值AlN絕緣陶瓷；
2. 高功率密度，低寄生電感，低開關損耗；
3. 適用高溫、高頻應用；
4. 參數范圍：VDS：650~1700V ID：30~300A  RDS(on) ：4~80mΩ

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ME3(62mm) 系列碳化硅（SiC）功率模塊
1. 采用全焊片工藝，Cu底板+低熱值AlN絕緣陶瓷；
2. 高功率密度，低寄生電感，低開關損耗；
3. 適用高溫、高頻應用；
4. 參數范圍： VDS：650~1700V ID：30~600A   RDS(on) ：2~80mΩ

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EP (1b)系列碳化硅（SiC）功率模塊
1. 采用先進的真空回流焊工藝，Al2O3絕緣陶瓷，最高工作結溫150℃；
2. 高功率密度，低寄生電感，低開關損耗；
3. 適用高溫、高頻應用；
4. 參數范圍：VDS：650~1200V ID：30~200A RDS(on) ：6~80mΩ

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MEP (2b)系列碳化硅（SiC）功率模塊
1. 高功率密度，低寄生電感，低開關損耗；
2. 適用高溫、高頻應用；
3. 集成NTC溫度傳感器，易于系統集成；
4. 參數范圍：VDS：650~1700V       ID：30~300A    RDS(on) ：3.3~80mΩ

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MED(Ed3) 系列碳化硅（SiC）功率模塊
1. 采用真空回流焊工藝，Cu底板+低熱值AlN絕緣陶瓷，最高工作結溫175℃；
2. 功率密度高,適用高溫、高頻應用，超低損耗；
3. 常關功率模塊，零拖尾電流，寄生電感小于15nH，開關損耗低；
4. 參數范圍：VDS：650~1700V  ID：210~1000A       RDS(on) ：1.3~8.7mΩ

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DCS12(dcm) 系列碳化硅（SiC）功率模塊
1. 采用單面水冷+模封工藝，最高工作結溫175℃；
2. 功率密度高，適用高溫、高頻應用，超低損耗；
3. 集成NTC溫度傳感器，易于系統集成；
4. 參數范圍：VDS：650~1700V    ID：400~1000A RDS(on) ：1.3~6.2mΩ

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MEK6 系列碳化硅（SiC）功率模塊
1. 最高工作結溫175℃；
2. 高功率密度，低開關損耗；
3. 適用高溫、高頻應用；
4. 參數范圍：VDS：650~1700V    ID：100~400A    RDS(on) ：2.5~25mΩ

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MD3 系列碳化硅（SiC）功率模塊
1. 采用真空回流焊工藝，AlSiC底板+低熱值AlN絕緣陶瓷，最高工作結溫175℃；
2. 適用高溫、高頻應用，超低損耗；
3. 參數范圍：  VDS：650~1700V    ID：300~800A    RDS(on) ：1.5~8.3mΩ

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HPD 系列碳化硅（SiC）功率模塊
1. 最高工作結溫175℃；
2. 第三代模塊寄生電感低于10nH，比現有模塊小50%以上，降低開關損耗；
3. 參數范圍：VDS：650~1700V ID：400~1000A RDS(on) ：1.3~6.5mΩ

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結論
SiC模塊通過材料特性與設計優化，在效率、功率密度和高溫性能上全面超越硅基器件，尤其適合高附加值或對能效敏感的應用。隨著成本下降和工藝成熟，SiC將在高壓大功率領域加速替代傳統硅基方案。
了解更多電力電子信息，請關注公眾號:碳化硅MOS與SiC模塊技術漫談
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