我在通用的前同事劉名寫了一篇《Comprehensive Review and State of Development of Double-Sided Cooled Package Technology for Automotive Power Modules》，一方面把早期的一些DCS早期的概念設計，一方面也把商用的功率模塊的參數(shù)做了一些梳理。原文很長，我在這里歸納梳理有幾點：

●功率模塊Wire Bond的技術被替代以后，雙面冷卻才有可能。

●由于有了冷卻技術的提升，在功率密度、可靠性、寄生電感和電阻方面都有下降。

在分化比較多的場合里面，功率模塊封裝技術成了很多企業(yè)想掌握的內(nèi)容。

▲圖1.從單面冷卻到雙面冷卻的功率模塊

Part 1

早期的技術

雙面冷卻是從1990年代首次提出來，學術界和工業(yè)界都在研究雙面冷卻，并于 2008年在量產(chǎn)的電動汽車逆變器上實施。自2010年代中期以來，這種設計方法越來越受歡迎，汽車企業(yè)和Tier1供應商也越來越多采用這種封裝技術。

從整個發(fā)展路徑來看，主要分為幾個階段：

●第一階段從1995年到2010年：早期主要是高效和大公司實驗室，探索無焊線和平面封裝，以實現(xiàn)功率模塊在頂部冷卻路徑。

●第二階段從2001年至2015年：大公司開始讓雙面液冷研發(fā)逐步突破商業(yè)化 。

●第三階段從2015年起：大規(guī)模商業(yè)化，不同供應商的多個雙面液冷模塊在電動汽車上應用。

▲圖2.早期探索

我們能看到早期的模塊是圍繞IGBT的Si模塊，而在2012-2016開始在原有的設計上探索SiC的應用。

▲圖3.早期探索的產(chǎn)品測試

在第二階段，更多的公司嘗試進入，開始探索早期的商業(yè)化。

▲圖4.工業(yè)和大學的設計探索

▲圖5.工業(yè)設計的參數(shù)

而從汽車產(chǎn)業(yè)來看，主要是圍繞著產(chǎn)品設計優(yōu)化開始的，我們看到汽車企業(yè)和Tier 1都在這個領域有很多的嘗試。

▲圖6.汽車領域雙面冷卻的功率模塊

功率模塊從1in1、2in1到6in1，熱阻、寄生電感、最大溫度都有很大的提升。

▲圖7.主要汽車領域的功率模塊參數(shù)

▲圖8.主要的功率模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

原作者劉名特別在這里強調(diào)說，雖然通用的電動車買的不好，但是在2016年竟然同時上了三款不同設計的逆變器，包括兩款雙面冷。這是技術上的真心實意和商務上的大傻冒行為。

Part 2

雙面冷卻的功率模塊發(fā)展的路徑

有效的熱管理對于電動汽車應用中的功率模塊（Si和 SiC）是非常重要的，實現(xiàn)更高的功率密度和可靠性。與傳統(tǒng)的單面冷卻功率模塊封裝相比，雙面冷卻可以顯著提高散熱能力、半導體利用率和電氣寄生效應。

目前的工作重點是通過利用平面互連、改進的材料和更新的工藝來提高性能、可靠性和成本的電源模塊。隨著功率模塊雙面散熱材料和結(jié)構(gòu)技術的成熟，功率模塊的設計將受益于封裝尺寸形狀的標準化。

這將使逆變器的開發(fā)速度更快、成本更低，同時仍能在模塊本身內(nèi)實現(xiàn)進一步的創(chuàng)新。這種標準化，加上雙面冷卻的多物理場設計，能增加逆變器的可靠性、成本、效率和尺寸的綜合特性。

下面這張圖9弄的挺好，基本把大規(guī)模探索和后續(xù)量產(chǎn)的路徑給整理清楚了。

▲圖9.雙面冷卻的發(fā)展階段

特斯拉在功率密度這塊一直是很領先的。

▲圖10.功率逆變器的功率密度對比

劉名還提到，雙面水冷的下一步應該是直接雙面水冷，否則TIM會抵消掉部分雙面水冷設計帶來的好處。

目前碳化硅成熟度相對不好，封裝形式上退回到單管，但是從集成角度看，長遠應該還是類似HPD樣的單面或者雙面全橋封裝。目前業(yè)內(nèi)還不認為雙面水冷能像AMB和燒結(jié)銀一樣成為碳化硅的標配。

再有，現(xiàn)在功率模塊封裝供應鏈混亂的問題，從芯片到主機廠都在做，互為客戶和競爭對手，這個短期內(nèi)貌似無解。

小結(jié)：原文還寫了很多的優(yōu)點和細節(jié)比較，推薦看看，我放到知識星球了。我覺得Ming Liu這篇論文寫得挺好的。當然我個人不太看重細節(jié)，主要看歷史發(fā)展和設計趨勢，所以我挑了一些我感興趣的部分。

最后，大家可以猜一猜銳歌上面用的單面冷還是雙面冷。

審核編輯：劉清