安森美新一代混合功率模块探秘：平衡性能与成本的创新

日前，安森美宣布推出了新一代采用 F5BP 封装的硅和碳化硅混合功率集成模块 (PIM)，非常适合用于提高大型太阳能组串式逆变器或储能系统 (ESS)的功率。

F5BP-PIM集成了1050V FS7 IGBT和1200V D3 EliteSiC二极管，实现高电压和大电流转换的同时降低功耗并提高可靠性。FS7 IGBT 关断损耗低，可将开关损耗降低达 8%，而EliteSiC二极管则提供了卓越的开关性能，与前几代产品相比，导通压降（VF）降低了15%。 

这些PIM包含了一种创新的I型中点箝位（INPC）拓扑结构的逆变器模块和飞跨电容拓扑结构的升压模块。这些模块还使用了优化的电气布局和先进的直接铜键合（DBC）基板，以降低杂散电感和热阻。此外，铜基板进一步将结到散热片的热阻降低了9.3%，确保模块在重载下保持冷却。这种热管理对于保持模块的效率和使用寿命至关重要，使其在需要可靠和持续供电的苛刻应用中非常有效。

与前几代产品相比，这些模块在相同尺寸下提供了更高的功率密度和效率，将太阳能逆变器的总系统功率从 300 kW提高到 350 kW。这意味着，使用最新一代模块的装机容量为一千兆瓦的大型太阳能发电场，每小时可实现近两兆瓦的节能效果，相当于每年为超过 700 户家庭供电。此外，要达到与上一代产品相同的功率，所需的模块数量更少，可将功率器件的元器件成本降低 25% 以上。

EEWORLD记者也专门采访了安森美（onsemi）现场应用工程师Shawn Huang，就混合模块的相关问题进行了探讨。

为什么要开发混合模块，结合F5BP-PIM，请谈一下相比单一技术而言，混合模块的优势在哪里？

开发混合模块的主要原因是为了解决单一技术无法兼顾性能和成本的问题，结合安森美F5BP-PIM（即F5BP封装下的功率集成模块），混合模块的优势在于：

灵活性：混合模块可以根据终端应用的具体需求，灵活选择不同的技术组合，如硅基IGBT和碳化硅二极管或碳化硅MOS。这种灵活性使得模块能够更好地适应不同应用场景，实现性能和成本的最佳平衡。

性能优化：通过结合硅基IGBT和碳化硅器件的优点，混合模块可以在高频开关应用中实现更低的开关损耗，同时在低频应用中保持较高的导通效率。

成本效益：相比于全碳化硅模块，混合模块在保持较高性能的同时，显著降低了成本，这对于许多对成本敏感的工业应用尤为重要。

可靠性：混合模块经过充分验证，已经在多个工业应用中批量使用，证明了其在大功率应用中的可靠性和稳定性。

安森美的产品同其他家相比有何独到之处？

全产业链整合：安森美拥有从衬底生产到模块封装的全产业链整合能力，确保了从原材料到最终产品的全程控制，提高了产品的质量和一致性，以及供应的稳定性

先进的技术和工艺：安森美在硅基IGBT和碳化硅技术方面拥有先进的技术和丰富的经验，能够在高性能和高可靠性之间找到最佳平衡。

端到端生产能力：从前道的芯片生产到后道的模块封装，安森美具备完整的生产能力，能够快速响应市场需求，缩短产品开发周期。

客户导向：安森美深入了解客户的需求和市场趋势，能够快速开发出满足客户需求的定制化解决方案。此外，安森美与多个行业头部客户建立了紧密的合作关系，共同推动技术进步。

全面的技术支持：安森美不仅提供高质量的硬件产品，还有一支专业的技术团队，可以为客户提供全方位的技术支持。

哪些场景更适合混合模块？为什么?

在一些大功率工业应用，如光伏逆变器、储能系统、UPS中，多电平拓扑使用的较为广泛，以最常见的三电平拓扑为例，拓扑内不同位置处的开关管会采用不同的控制方式，有些位置处的器件需要做高频开关，因此需要采用低开关损耗的器件，如碳化硅二极管或碳化硅MOS，而有些位置处的器件运行于很低的开关频率，对开关损耗不敏感，IGBT就能胜任，类似这种应用场景，这种拓扑类型，混合模块就能够通过对硅基IGBT和碳化硅器件的灵活布置，可以实现最佳的性能和成本平衡。

虽然碳化硅技术具有优异的性能，但由于当前碳化硅器件的成本相较同规格的IGBT成本仍相对较高，对于对成本较敏感的应用及市场，混合模块通过在合理地配置碳化硅和硅基器件，灵活适应多种拓扑结构，如NPC、T型NPC、ANPC等，能够在保证性能的同时大幅降低成本，满足不同应用场景的需求。

混合模块的劣势可能有哪些？如何克服这些劣势?

由于混合模块中包含硅基IGBT，，在高频开关应用中，特别是对于一些追求高效率、高功率密度、小尺寸的应用中，其整体性能可能不如全碳化硅模块。另外，混合模块需要同时封装硅基IGBT和碳化硅芯片，但两种芯片的最优封装工艺不同，为了兼容性，通常会选择一种通用的工艺，这可能导致碳化硅芯片的性能未能完全发挥。

克服这些劣势的方法包括优化设计、改进工艺，通过精细化的成本管理和供应链优化，确保混合模块在保持高性能的同时成本可控，而不断投入研发，推动碳化硅技术的成熟和成本下降，逐步缩小与硅基技术的差距也十分必要。

未来安森美更看好混合模块还是单一模块的发展路线？

安森美认为，混合模块和单一模块各有其适用场景和发展潜力，具体选择取决于市场和客户的需求。

在短期内，混合模块将继续在大功率工业应用中占据重要地位，特别是在那些对成本敏感但又需要较高性能的应用场景中。随着碳化硅技术的不断成熟和成本的下降，混合模块的性能将进一步提升。

长期来看，随着碳化硅技术的进一步发展和成本的降低，全碳化硅模块将在更多高性能应用中得到推广，尤其是在对效率和功率密度有极高要求的汽车应用中，可以预见的是工业应用也将逐步得益于碳化硅技术的日趋成熟，全碳化硅方案也会获得更广泛的采用

安森美将继续推进这两种技术的发展，根据市场需求和客户的具体需求，提供最合适的解决方案。无论是混合模块还是单一模块，安森美的目标都是帮助客户开发出具有卓越竞争力的终端产品。