威柏電子EV電動汽車電驅動解決方案
威柏電子有限公司
汽車電子事業部
技術總監
王鵬

EV、HEV用IGBT模塊
采用直接水冷銅散熱片基礎結構、實現了高功率密度和小型封裝的EV、HEV用IGBT模塊
產品中分別內置有6個IGBT和FWD。此外，還內置有用于檢測溫度的熱敏電阻。

EV、HEV用IGBT模塊 650V級

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M651  6MBI400VW-065V威柏電子有限公司|深圳市威柏德電子有限公司  650  200  400  2.00 （IC=400A）  1.70 （IF=400A）  660g
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M652  6MBI600VW-065V威柏電子有限公司|深圳市威柏德電子有限公司  650  300  600  2.00 （IC=600A）  1.70 （IF=600A）  900g
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M653 6MBI800XV-075V威柏電子有限公司|深圳市威柏德電子有限公司  750  800           

大容量車載標準モジュール：M653
New general purpose module for automotive：M653
750V/800A 6in1 module
特長：Features    製品：Product  
Tentative
●6in1 3相インバータモジュール：6in1 3 phase inverter module
 
●750V/800A New RC-IGBT(Reverse-conducting IGBT) 750V/800A新的RC-IGBT（反向導通IGBT）
 
     ?オンチップ溫度センサ內蔵
     On-chip temperature sensor 芯片內部內建溫度傳感器
    
?オンチップ電流センサ內蔵
 On-chip current sensor 芯片內部內建電流傳感器
 
●コンパクトなパッケージを採用：アルミ直接水冷（ウォータージャケット構造）
 
  Compact package：Aluminum direct cooling water-jacket 小型封裝：鋁制直接冷卻水套
 
     ?162mm×116mm×24mm
 
     ?薄型?新構造フィンウォータージャケット採用
 Thin and new fin structure
 
 
     ?冷卻水出入り口にフランジ構造を採用
 Flange structure at cooling water IN/OUT 凸緣結構在冷卻水/輸出
 
      *熱抵抗を弊社従來構造比で約40%低減
       reducing thermal resistance about 40% 減少約40％的熱阻
 
         comparing with conventional fin type heat sink 與傳統的鰭片式散熱片比較
 ?制御ピンにプレスフィットピンを採用
    
 
●175℃保証：  175℃ guaranteed 175℃芯片運行溫度
 
【アプリケーション例：Application example】
●80～150kW motor output power
●fsw=6kHz, Coolant temp.=65℃, Coolant flow rate=10L/min
  Vdc=450V, Ipeak=460Arms@1s, Icont.=430Arms

1   車載 IGBT模塊的基本概念
近年來，考慮到對環境的影響，全球都在探求如何降低二氧化碳排放量。為了降低二氧化碳排放量，在汽
車領域正在推進混合動力車(HEV)和電動汽車(EV)的普及。HEV 和 EV 通過將高壓蓄電池中儲存的直流電通
過電力轉換裝置轉換為交流電來驅動電機以帶動車輛行駛，而這種電力轉換裝置中主要使用 IGBT 模塊。由
于需要在汽車的有限空間內安裝高壓蓄電池、電力轉換裝置、電機等，因此，電力轉換裝置中使用的 IGBT
模塊要盡可能實現小型化。
在此背景下，富士電機車載 IGBT 模塊以“小型化”為基本概念進行了開發。
圖 1-1 所示為對 IGBT 模塊的基本市場需求。對 IGBT 模塊的基本市場需求為提高性能和可靠性、降低環境
壓力。性能、環境、可靠性的各種特性相互關聯，因此，為了實現 IGBT 模塊的“小型化” ，對這些特性進行
均衡改進是非常重要的。
本次開發的車載 IGBT 模塊，通過采用(i)直接水冷式結構、(ii)高散熱陶瓷絕緣基板、(iii)第 6代 V 系列 IGBT
芯片、(iv)高強度焊錫材料，最大限度地發揮了性能、環境、可靠性的各種特性，實現了“小型化”這一基本
概念。
 
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2   直接水冷式結構
本次開發的車載 IGBT 模塊，通過采用直接水冷式結構，大幅降低了熱阻。以往的 IGBT 模塊為了降低銅底
座和散熱片之間的接觸熱阻，采用散熱硅脂，但是，散熱硅脂一般為熱傳導率較低的材料，存在散熱性差的
問題。直接水冷式結構中銅底座和散熱片實現一體化，由于散熱片部分可直接接觸冷卻液，因此無需使用散
熱硅脂，從而使得 IGBT模塊的散熱性大幅提高。圖 1-2 所示為本次開發的車載 IGBT 模塊的外觀。
圖 1-3 所示為對使用散熱硅脂的以往結構和直接水冷式結構的恒定熱阻進行的比較。由圖 1-3 可知，通過
采用直接水冷式結構，消除了散熱硅脂層的熱阻，恒定熱阻約減少了 30%。
 
3   高散熱陶瓷絕緣基板的應用和高強度焊錫
3.1  高散熱陶瓷絕緣基板的應用
在上述直接水冷式結構的基礎上， 為了進一步降低熱阻， 模塊的絕緣基板采用熱傳導率較高的氮化硅(Si3N4)
陶瓷。在圖 1-4 中，對使用氧化鋁(Al2O3)絕緣基板的以往結構（使用散熱硅脂）和使用氮化硅陶瓷基板的直
接水冷式結構的熱阻進行了比較。通過去除以往結構中熱阻較大的散熱硅脂層并提高絕緣基板的熱傳導率，
實現了熱阻的大幅降低（比以往降低 63%） 。
3.2  高強度焊錫
與產業用半導體和民生用半導體相比，汽車用半導體多在嚴酷的環境中使用，因此對可靠性要求較高。特
別是因溫度循環產生的壓力導致連接絕緣基板和散熱底座的焊錫部分出現裂紋后，將引起熱阻上升和芯片異
常升溫，進而損壞 IGBT模塊。富士電機車載 IGBT 模塊中，通過采用新開發的 SnSb系列焊錫，與以往使用
SnAg系列焊錫時相比，大幅抑制了裂紋的擴大（圖 1-5） 。

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