Model 3的SiC功率模块单元拆解与分析_历史上今天-电子工程世界

分享到: 微博; QQ; 微信; LinkedIn

模块单元组装工艺分析

Tesla 的功率模块单元在 inverter 的组装中，借鉴了功率模块封装工艺。图为功率模块单元侧视图。

功率模块单元侧视图

照片中显示模块底部的散热器上有前面提及的凸台，凸台表面镀银。模块和散热器凸台之间连接采用烧结银连接技术，可实现高可靠、高导热的连接。由于烧结银连接技术的主要材料成分是银，所以成本比传统焊料贵，其常规的连接厚度较薄，约为 25~100um，照片和肉眼都难以观察。该技术主要用于功率模块中芯片和基板的连接，很多 Tier 1 的控制器公司和 Tier2 的功率模块制造商，在汽车模块中均或多或少的采用该技术，如 Semikron, Infineon, Danfoss, continental 等。目前烧结银技术主要用于对可靠性和散热高要求的市场，如汽车，风电等。

功率模块单元侧视图（示意图）

功率模块单元的水冷散热器结构

功率模块散热器结构底部结构

pin-fin 高度约为 16mm，间距约为 1.5mm，采用外壳压铸的方式无法加工这种高而密的 pin-fin 结构。通过观察 inverter 外壳和散热器底部结构，发现散热器区域和 inverter 外壳之间存在缝隙，所以模块散热器和 inverter 外壳应由两个部件组合而成。从模块侧观察，在 inverter 外壳和散热器结构的连接位置，有搅拌摩擦焊接的留下的纹理和痕迹。

散热器和逆变器外壳连接

在标准的 inverter 的组装中，以 Infineon 的 HybridPack 6-switches IGBT 模块为例，其模块内部已经实现了机械、散热、电气的连接。所以 inverter 对模块进行结构安装以及功率电气连接等，均采用标准的螺栓 / 螺丝连接工艺。而 Model 3 使用 SiC 单管模块，其机械、散热和电气连接均在 inverter 的组装中完成，并采用一些成熟却非传统的组装技术，有必要对其功率模块单元在 inverter 中的关键组装工艺做进一步分析

第一步：带 pin-fin 的散热器先嵌入 inverter 外壳中，沿连接缝一圈通过搅拌摩擦焊实现物理连接，该技术在业界非常成熟，由外壳供应商完成的可能性较大，散热器上的镀银凸台应预先处理；

第二步，在外壳上先组装塑料绝缘件 1，再在模块背面印刷烧结银材料，通过专业的压力烧结设备，一次性将 24 颗 SiC 单管模块进行烧结，专业设备烧结时间约 1~3min, 温度低于 250oC，压力为 5~20MPa。因此，塑料绝缘件 1 有短时耐高温的能力；

第三步，先组装薄膜电容，再采用激光焊接模块和电容的 DC+电极端子，以及上下管组成半桥的 AC 端子。在该工艺过程中，塑料绝缘件 1 的凸起设计，能够在激光焊接时，顶住需要焊接铜端子的部位，确保两个铜端子之间的紧密接触，以保证激光焊接品质，塑料绝缘件 1 的所有凸起均有该效果；

第四步，先将塑料绝缘件 2 和 3 组装至 DC-Cu bus 上，放置于模块上方并对其进行限位，确保 Cu bus 的两端分别置于模块和电容的 DC- 端子上，采用激光焊接对 DC- 端子进行连接；

第五步，将塑料绝缘件 4 组装至 AC Cu bus 上，并将一端放置于模块的 AC 端子上，另一端放置于 inverter AC 输出端子上，同样地采用激光焊接实现 AC 端子的电气和机械互连。在功率模块单元的组装中，采用压力烧结和激光焊接技术，虽然工艺设备投资大，但工艺可靠性高，适合进行自动化生产。

功率模块单元及其相关零件的关键尺寸见下表，可做参考。值得注意的是，SiC 功率模块单元的水平尺寸和 Infineon 的 HybridPack Drive 的水平尺寸基本一致 (126.5x154.5 mm)，传统意义上认为，SiC 和 Si 器件比，芯片面积更小，而且少了续流二极管，模块的尺寸应该做的更小。但实际 Tesla 采用的 SiC 模块单元与 IGBT 水平尺寸接近，说明 Model 3 inverter 的设计，并未追求更小 footprint 的 SiC 模块单元，而是根据 inverter 的布置需要，对其进行扁平化设计。

表功率模块单元的关键尺寸

关键字：功率模块散热器 SiC 引用地址：Model 3的SiC功率模块单元拆解与分析

上一篇：特斯拉的电动皮卡“CYBRTRK”即将在美发布
下一篇：宝马全新电芯技术中心正式启用，其他车企慌不慌？

集微网消息（文/小如）11月15日上午，意大利意中基金会（江苏）创新服务中心揭牌暨浦口科学城重大项目签约发布仪式举行。签约仪式上，浦口科学城与意中基金会（江苏）创新服务中心签署了合作谅解备忘录。据扬子晚报网报道，此次签约标志着双方建立良好的战略合作伙伴关系，为不断壮大浦口区集成电路、高端交通装备等千...

2019年11月16日 | AVR单片机8路AD如何采样

//*********ATmega128,8channel ADC sampling + LED display + USART*******#include <iom128v.h>#include <macros.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned long#define FOSC 1843200#define baud 9600#define MyUBBR (uint)((ulong)FOSC/(16*(ulong)baud)-1)const uchar table[]...

2020年11月16日 | 锐成芯微携手旺玖科技推出面向车载系统的全新USB Auto Hub桥接芯片

在过去的数年里，借助移动互联网技术的快速渗透，以及汽车行业对于车联网的日趋重视及努力，车载交互系统进入了高速发展时期。锐成芯微携手旺玖科技，成功推出面向车载系统的全新跨平台链接USB Auto Hub桥接芯片，并即将进入量产。2020年11月，锐成芯微在中国成都宣布，携手旺玖科技成功推出面向车载信息娱乐系统的全新跨平台链接USB Auto Hub桥接芯片...

2021年11月16日 | 因疫情影响，ICCAD 2021再次延期

11月13日，ICCAD年会公众号发布《关于ICCAD 2021再次延期的通知》。《通知》指出，近期，国内多地出现多源输入、多点并发疫情，为有效防范疫情传播风险，确保会议代表和参展商的身体健康，根据无锡市新冠疫情防控指挥部的要求，原计划于2021年12月1日至2日举办的“中国集成电路设计业2021年会暨无锡集成电路产业创新发展高峰论坛”（ICCAD 2021）将继续...

史海拾趣

问答坊 | AI 解惑

电子设计竞赛优秀论文word版电子设计竞赛优秀论文word版---简易智能电动车3 … 查看全部问答∨	新华龙F020的一个实际应用程序. 这是俺工作中的一个程序代码. 主要用于继电器板工作的,对于使用F020的同志们会有很大帮助的.… 查看全部问答∨
8051C语言彻底应用经典，值得一看… 查看全部问答∨	请音频驱动高手进，能帮助解决问题，本人即付现金1000元作为感谢本人参照网上的wavedev2移植手册以及s3c6410开发板自带的ac97,iis音频驱动，改编了pcm口的音频驱动。其pcm口的初始化工作有：选择MPLL时钟、设置FSYNC\\SCLK分频，并将PCM配置为dma方式工作。驱动程序的其他部 ...… 查看全部问答∨
standard emulator仿真速度比较慢在winCE自带的standard emulator下面仿真发现速度比较慢. 包刮按键盘响应和鼠标响应也很慢. 是否正常? 另外. 如果想在eVC4++开发数据库应用程序和在standard emulator下运行数据库. 应该还需要安装哪个软件?… 查看全部问答∨	linux cramfs文件系统问题 linux-2.6.20的内核，cramfs文件系统，再启动到最后挂载文件系统时偶尔会出现错误： Error -5 while decompressing! c0327d8a(1928)->c3dfc000(4096) Error -3 while decompressing! 注：1，ECC校验已经改成NAND_ECC_NONE 2， ...… 查看全部问答∨
GC.Collect() GC.Collect()的作用… 查看全部问答∨	HCS12基本模块一个S12入门级的教程。… 查看全部问答∨
AVR 128 cannot initialize RAM area问题？？？？？？在写数组时老是报错cannot initialize RAM area #pragma data:code const table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f, 0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};// 显示段码值01234567……f 在网上查了是 ...… 查看全部问答∨	分享一个 EK-LM38962 开发板做得时钟工程 ... 长按 SELECT 进入菜单 ... Time Sync 功能用于通过串口跟电脑同步时间 ... 上位机同步软件跟源码稍后更新 ... 在本机上可以运行拷贝到别的电脑上就不能运行了 ... 可能是运行之前要配置下环境 ... 第一次搞上位机软件摸索中 [ ...… 查看全部问答∨

小广播

电子设计竞赛优秀论文word版电子设计竞赛优秀论文word版---简易智能电动车3 … 查看全部问答∨	新华龙F020的一个实际应用程序. 这是俺工作中的一个程序代码. 主要用于继电器板工作的,对于使用F020的同志们会有很大帮助的.… 查看全部问答∨
8051C语言彻底应用经典，值得一看… 查看全部问答∨	请音频驱动高手进，能帮助解决问题，本人即付现金1000元作为感谢本人参照网上的wavedev2移植手册以及s3c6410开发板自带的ac97,iis音频驱动，改编了pcm口的音频驱动。其pcm口的初始化工作有：选择MPLL时钟、设置FSYNC\\SCLK分频，并将PCM配置为dma方式工作。驱动程序的其他部 ...… 查看全部问答∨
standard emulator仿真速度比较慢在winCE自带的standard emulator下面仿真发现速度比较慢. 包刮按键盘响应和鼠标响应也很慢. 是否正常? 另外. 如果想在eVC4++开发数据库应用程序和在standard emulator下运行数据库. 应该还需要安装哪个软件?… 查看全部问答∨	linux cramfs文件系统问题 linux-2.6.20的内核，cramfs文件系统，再启动到最后挂载文件系统时偶尔会出现错误： Error -5 while decompressing! c0327d8a(1928)->c3dfc000(4096) Error -3 while decompressing! 注：1，ECC校验已经改成NAND_ECC_NONE 2， ...… 查看全部问答∨
GC.Collect() GC.Collect()的作用… 查看全部问答∨	HCS12基本模块一个S12入门级的教程。… 查看全部问答∨
AVR 128 cannot initialize RAM area问题？？？？？？在写数组时老是报错cannot initialize RAM area #pragma data:code const table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f, 0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};// 显示段码值01234567……f 在网上查了是 ...… 查看全部问答∨	分享一个 EK-LM38962 开发板做得时钟工程 ... 长按 SELECT 进入菜单 ... Time Sync 功能用于通过串口跟电脑同步时间 ... 上位机同步软件跟源码稍后更新 ... 在本机上可以运行拷贝到别的电脑上就不能运行了 ... 可能是运行之前要配置下环境 ... 第一次搞上位机软件摸索中 [ ...… 查看全部问答∨

我想8051单片机开发入门，应该怎么做呢？学习8051单片机开发入门可以按照以下步骤进行：了解8051单片机：了解8051单片机的基本架构、寄存器结构、指令集、IO口、定时器等基本概念。阅读8051单片机的数据手册和技术资料，对单片机的硬件特性有一个基本的了解。选择开发工具：选择合适的开发 ...… 查看全部问答∨	请问能否详细地讲解fpga分频原理呢？ FPGA（现场可编程门阵列）是一种可以编程的集成电路，它允许用户根据需要配置其逻辑功能。在数字电路设计中，分频器是一种常见的电路，用于将输入的时钟频率降低到所需的频率。以下是FPGA中分频原理的详细说明：基本分频原理：分频器的基本原理 ...… 查看全部问答∨
单片机怎么算自己入门电路作为电子领域的资深人士，你可能已经有一定的电路设计经验。如果你想自己入门单片机电路设计，以下是一些建议：学习基本原理：如果你对单片机还不够了解，首先需要学习其基本原理。这包括单片机的结构、工作原理、指令集、寄存器等。你可以通过阅读 ...… 查看全部问答∨	我想bp神经网络编程入门，应该怎么做呢？入门BP神经网络编程，你可以按照以下步骤进行：了解基础理论：首先需要理解神经网络的基本原理，包括神经元、层次结构、激活函数、损失函数等。此外，了解BP神经网络的反向传播算法原理也是必要的。选择编程语言和工具：选择一门适合神经网络编程 ...… 查看全部问答∨
单片机入门用什么版本电脑作为电子工程师，你入门单片机开发时可以使用任何一台配备常见操作系统的计算机，比如Windows、MacOS或Linux。以下是一些常见的开发工具和软件，适用于这些操作系统：集成开发环境（IDE）：针对你选择的单片机版本，下载并安装相应的IDE。比如对于S ...… 查看全部问答∨	如何实现深度学习七日入门？深度学习七日入门是一个相对较短的时间，但你仍然可以建立起基本的理解和技能。以下是一个七天入门深度学习的学习计划大纲：第一天：入门基础了解深度学习的基本概念和原理，包括神经网络、前馈神经网络、反向传播等。学习使用Python编程语言和NumP ...… 查看全部问答∨
我想pic单片机入门，应该怎么做呢？很好的资料，总结很详细，有参考价值，谢谢分享 … 查看全部问答∨	深度强化学习怎么入门深度强化学习是人工智能领域的一个分支，结合了深度学习和强化学习的技术，用于解决具有连续状态和动作空间的决策问题。以下是入门深度强化学习的步骤：学习基本概念：深度强化学习涉及到深度学习和强化学习两个领域的知识，因此首先需要了解这两个 ...… 查看全部问答∨
对于机器学习算法统计入门，请给一个学习大纲以下是一个适用于电子工程师的机器学习算法基础和入门的学习大纲：1. 机器学习基础理解机器学习的基本概念和分类学习监督学习、无监督学习和强化学习等不同类型的机器学习方法掌握机器学习的基本流程，包括数据预处理、模型选择、模型训练和评估等 ...… 查看全部问答∨	请问能否详细地讲解FPGA开发流程原理呢？ FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是一种可以编程的集成电路，它允许用户根据需要配置逻辑电路。FPGA开发流程是一系列步骤，用于设计、实现和测试FPGA电路。以下是FPGA开发流程的基本原理和步骤：需求分析：确定项目需 ...… 查看全部问答∨

2019年11月16日 | Model 3的SiC功率模块单元拆解与分析