集微網(wǎng)消息，伴隨新能源汽車、光伏、儲能等新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，浙江翠展微電子有限公司(下稱“翠展微電子”) 加速了功率器件的產(chǎn)品及技術創(chuàng)新，繼創(chuàng)新性推出“一體化高性能逆變磚平臺”之后，10月30日在2023慕尼黑華南電子展上，翠展微電子又帶來了全新的TPAK封裝解決方案。

“TPAK封裝是專門為克服TO-247等封裝方案缺陷而設計的解決方案，采用該封裝方案的產(chǎn)品已經(jīng)在特斯拉Model 3、Mdel Y等車型上得到批量應用，目前國內(nèi)也有一些車型正在驗證，相信采用TPAK封裝方案的功率器件產(chǎn)品將會在接下來幾年內(nèi)得到大力推廣?！贝湔刮㈦娮佑布邪l(fā)經(jīng)理凌歡介紹

一

新能源創(chuàng)新需求驅(qū)動導入

得益于性價比高，應用簡單，可擴展性好，TO-247成為功率器件的主流封裝方案之一，但由于該封裝方案存在雜散電感大、熱阻高、裝配工藝復雜，并聯(lián)一致性差等問題，在汽車電動化浪潮下，以TO-247為代表的傳統(tǒng)方案未能很好適應新發(fā)展需求。

在早期應用中，實踐發(fā)現(xiàn)，基于TO-247封裝方案的電驅(qū)在功率單管并聯(lián)數(shù)量增多時，出現(xiàn)寄生雜感比較大、熱阻上升、裝配工藝復雜等問題，針對這些痛點，特斯拉提出了全新的TPAK封裝方案。

據(jù)介紹，TPAK封裝采用介于單管和常規(guī)模塊之間的單開關模塊( SingleSwitch Module )設計，既超越了之前單管封裝帶來的輸出電流、輸出功率、寄生電感等限制，又保留了多管并聯(lián)的靈活性，可以根據(jù)不同的逆變器功率輸出需求，來選擇TPAK模塊并聯(lián)數(shù)量。

行業(yè)驗證發(fā)現(xiàn)，采用TPAK封裝方案的340A/750V功率器件的雜感為4.4nH而采用TO-247封裝方案的160A/650V功率器件的雜感為20nH，TPAK封裝方案產(chǎn)品的雜感明顯更低，也低于HP1、HPD等封裝方案，該特性可以大幅降低功率器件的關斷電阻，從而減小關斷損耗，降低溫升，提升了可輸出的電流范圍。

TPAK封裝方案還采用AMB陶瓷基板+Cu-Clip取代傳統(tǒng)的綁定線技術，“相比TO-247，TPAK具有功率密度更高、可擴展性好、可靠性高、抗震動性能更強等先天優(yōu)勢。”凌歡同時認為，TPAK封裝方案結構更為緊湊，符合汽車電子器件小型化發(fā)展趨勢。

二

降本增效提速落地

TPAK封裝方案對功率器件性能的提升，受到了新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的高度關注，低成本優(yōu)勢更是加速了其落地，目前已在部分新能源汽車上得到應用。

“目前國內(nèi)新能源汽車市場競爭激烈，無論是主機廠還是Tier 1，都對成本提出了越來越高的控制要求，并傳導到功率模塊廠?！傲铓g表示，基于降低成本考慮，翠展微電子于2022年開始自研TPAK封裝技術體系。

與同業(yè)TPAK封裝方案相比，翠展微電子不僅在外形上進行了革新，還對內(nèi)部結構采用了全新設計方案，使得TPAK封裝技術能夠更好滿足下游的降本需求。

傳統(tǒng)封裝方案采用的是綁定線灌膠方式，該方案的缺點是生產(chǎn)成本高、制造周期長，而TPAK封裝方案采用的是塑封技術，不僅生產(chǎn)成本低，而且能大幅提升生產(chǎn)效率。同時為了提升TPAK封裝器件的可靠性，銅端子采用了激光焊接技術，既提升了抗震性能，又降低了接觸電阻和寄生電感。

在一系列創(chuàng)新技術加持下，TPAK封裝的自動化程度更高，生產(chǎn)效率也相應獲得提升，僅激光焊接部分，“預計生產(chǎn)效率至少提升了1~2倍。

不過，作為全新的封裝技術，激光焊接技術既是TPAK方案的優(yōu)勢之一，也是其挑戰(zhàn)之一，據(jù)凌歡介紹，模塊廠商和客戶端均需要在前期投入焊接設備成本，“目前只有頭部企業(yè)采購了焊接設備?！?/span>

但由于銅銅之間的激光焊接技術在電池行業(yè)早已普及，國內(nèi)擁有成熟的技術和產(chǎn)業(yè)鏈配套，國內(nèi)企業(yè)導入TPAK產(chǎn)線更為便捷，翠展微電子不僅自身可提供完整的TPAK方案和產(chǎn)品，還為客戶開發(fā)了具備焊接技術的代工廠家，也降低了客戶導入門檻。

“與TO-247方案相比，TPAK方案能夠降低20%-30%的成本;與HP 1和HPD等方案相比，同等條件下，TPAK方案也更具成本優(yōu)勢，自動化程度提高了，可靠性也提高了，對主機廠、Tier 1來說，都很樂意接受TPAK方案。”凌歡表示。

TPAK方案的靈活性與兼容性，也是其吸引主機廠、Tier 1等下游客戶的另一重要原因。

TPAK封裝尺寸既可布置單顆晶圓芯片，也可并聯(lián)兩顆晶圓芯片，特別是應對成本較高的SiC，降本優(yōu)勢更為明顯，而且，“TPAK封裝在設計時可根據(jù)不同功率段需求在同一個平臺上開發(fā)應用，可以是單管單排，也可以是雙管并聯(lián)，如果最大需要4管并聯(lián)，在滿足該需求下，其他功能支持向下兼容三管并聯(lián)、雙管并聯(lián)、單管等應用需求，驅(qū)動和控制電路均無需進行二次開發(fā)，大大降低了開發(fā)周期和設計的成本?！?/span>

三

普適性拓寬應用前景

相比性能優(yōu)勢，更讓凌歡肯定的是，TPAK封裝同樣具備TO-247方案的普適性特征，未來有望成為高功率密度、高性價比的主流封裝方案之一。

截至目前，TPAK封裝器件在SiC領域的應用已經(jīng)得到特斯拉的充分驗證，國內(nèi)基于SiC高成本考慮，主要潛心研究硅基產(chǎn)品，“無論是SiC還是IGBTTPAK封裝都能很好適用，目前國內(nèi)基于TPAK封裝方案的IGBT模塊已在批量應用。”

翠展微電子自2022年導入TPAK方案以來，已實現(xiàn)340A/750VIGBT量產(chǎn)，產(chǎn)品同步在頭部新能源主機廠相關車型上獲得驗證;翠展微電子還將在第一款產(chǎn)品基礎上提升電流能力，預計今年第四季度推出并量產(chǎn)采用TPAK方案的第二款400A/750VIGBT產(chǎn)品。

在2023慕尼黑華南電子展上，翠展微電子發(fā)布的基于TPAK封裝的全新產(chǎn)品和解決方案受到了與會者的高度關注，并與翠展微電子就創(chuàng)新應用展開了深度探討。

行業(yè)周知，快充技術是新能源汽車解決補能焦慮的重要手段，目前，以特斯拉為代表的主機廠主推的是大電流快充路線，而國內(nèi)大部分主機廠選擇的是高壓快充方案，凌歡表示，“TPAK封裝同樣適用于大電流方案和高壓快充方案，只是選擇的晶圓芯片的電壓或電流等級不同，在快充領域，SiC是首選方案?！?/span>

為此，翠展微電子已在開發(fā)基于TPAK封裝的SiC器件，據(jù)凌歡透露，首款5.5m2/1200V siC模塊產(chǎn)品預計于2024年Q2量產(chǎn)上市。

而隨著TPAK封裝方案逐步落地，將會加快相關技術創(chuàng)新，凌歡表示，“目前的TPAK封裝還處于比較基礎的階段，在更高功率密度、更緊湊結構發(fā)展趨勢下，未來TPAK封裝會演進出更多方案，如目前的單管方案，未來可能會推出半橋塑封模塊、全橋塑封模塊等。”

而隨著越來越多客戶了解到TPAK封裝方案的優(yōu)勢，除了主機廠，越來越多的Tier 1也已就TPAK封裝方案進行評估，光伏、儲能等市場也有望加入TPAK生態(tài)，“雖然目前TPAK主要應用于新能源汽車，但該封裝方案的電流能力、功率密度等優(yōu)勢，可以彌補TO-247等封裝方案存在的缺陷，特別是針對客戶的大功率需求，TPAK的優(yōu)勢更明顯，目前已有越來越多的儲能、光伏領域客廣對TPAK封裝方案感興趣。”凌歡進一步分析稱，“預計未來在新能源領域TPAK封裝方案的市場占有率可達20%-30%。”

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