国产车规SiC亮相，将替代IGBT芯片模块？

时间： 2024-08-17 来源：瑞之辰

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又有一家国内企业在车规级SiC技术的研发和应用方面实现了新的突破。

深圳市瑞之辰科技有限公司推出了首款基于SiC MOSFET技术的PIM模块(参见图1)，实现了对硅基IGBT芯片的模块替代，在系统损耗方面降低了三分之一。与此同时，这款产品在技术上突破传统PIM模块灌封封装模式，模块体积减少约57％，而且使用了瑞之辰自主研发的10项工艺创新，模块可靠性得到大幅提升，非常适用于新能源汽车、充电桩、储能等新兴领域。

图1 瑞之辰首款SIC-PIM模块外形

瑞之辰SiC PIM，损耗减少三分之二

所谓功率集成模块（PIM）是一个行业标准外壳，内部通常会将功率器件（IGBT、SiC MOSFET）、二极管、检测电阻等其它元器件集成在一起，这种单个封装可大幅减少生产装配时间和器件数量，能够降低系统成本和尺寸。由于PIM模块还能够优化内部布线，减少寄生噪音，同时具有完全的自保护电路，为此PIM广受喜爱，已批量应用于汽车、充电桩、白色家电、工业变频、伺服驱动、商用空调等领域。例如，三花汽零在电子水泵上已经使用全桥PIM模块，出货给部分车型。

但是目前，业界普遍采用的PIM模块主要以高压IGBT为核心（参见图2），IGBT因其动态损耗而仅限于低频，随着功率吞吐量的增加，这个缺点显然越来越大，已经难以满足大功率场景的小型化和高效率要求。

图2 分立器件方案（左）与PIM方案（右）的对比来源：安森美

瑞之辰在首款PIM模块外形基础上进行了产品系列化升级，推出了搭载SiC MOSFET先进芯片的大功率PIM模块及平板散热器模块。

相比之下，SiC MOSFET可以在数百千赫兹下以低动态损耗进行开关，能够大幅提升系统效率，据测算，在16KHz和95℃外壳温度下，SiC PIM的总损耗约为IGBT PIM的三分之一（输入500V、25A、输出800V DC），参见表1。

表1两种PIM升压转换器的损耗对比

SiC的高效率的好处能够缩小系统尺寸和散热需求，同时在更高频率下运行，还可以将升压电感器尺寸缩小三倍左右，从而节省系统成本和减轻重量。

深圳市瑞之辰科技有限公司是一家芯片设计、方案研发的高科技公司，公司成立于2007年，主要产品有SiC功率器件、电源管理芯片、传感器芯片等系列。公司拥有自己的知识产权，拥有几十项发明专利和实用新型专利。

成立以来，销售业务量成倍增长，成为国内拥有产品研发设计能力及自有知识产权的电源管理芯片的头部企业。近年来公司研发了SiC 、IGBT等功率器件，封装形式有TO247-3、TO247-4PHC、IPM24A-D、WPM11C等外形，产品主要应用在储能、充电桩、逆变器、光伏、电动汽车、高铁、电网等领域。

据介绍，这款SiC MOSFET PIM模块拥有非常多的自主创新，例如采用多种自主创新的封装结构和工艺，使用了热敏电阻芯片（NTC）的高效贴片工艺，优化了高性能AMB基板布线设计和面积，达到了更高的可靠性和更低成本，并优选了有压烧结银封装材料和水冷铜针座散热器。

据瑞之辰透露，这些创新技术的组合，使得这款SiC MOSFET PIM模块的最大连续工作结温可达到175℃，在模块封装尺寸不增加的情况下，整体的输出功率得到大幅提升，相比硅基IGBT PIM，这款碳化硅PIM的额定电流提升了50%。借助SiC MOSFET的优异性能，这款PIM模块也能实现小型化。

通过采用SiC MOSFET替代硅基IGBT，这款PIM模块的整体电路拓扑更为简单，模块体积减少约57％，同时热导率比硅基PIM封装提高30％。

据悉，这款PIM模块能够满足车规级AQG324可靠性要求，其主要应用包括新能源汽车、充电桩、储能等新兴领域，公司自主研发的电源模块功率达到120KW以上，输出电压高达1050V，输出电流最高达到350A。

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型号- 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