《特斯拉Model 3逆变器:意法半导体SiC功率模块》
2018-07-01 19:36:42   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

意法半导体SiC功率模块包含两个采用创新的芯片贴装解决方案的碳化硅MOSFET,并通过铜基板实现散热。碳化硅MOSFET采用意法半导体最新的技术进行设计和制造,可降低传导损耗和开关损耗。本报告对该功率模块进行完整的拆解与逆向分析,并提供碳化硅MOSFET和封装的生产成本预估。

Tesla Model 3 Inverter with SiC Power Module from STMicroelectronics

——逆向分析报告

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 商用电动汽车中的第一款碳化硅(SiC)功率模块

商用电动汽车中的第一款碳化硅(SiC)功率模块

通过积极的国家立法推动,二氧化碳减排是21世纪人类面对的主要挑战之一。据麦姆斯咨询介绍,目前汽车行业可用的最佳解决方案是汽车电气化,例如特斯拉(Tesla)的电动汽车。特斯拉Model 3是一款更专注于操控体验的纯电动高性能智能轿车。由于采用了全新的产品平台,其车身尺寸比Model S减小了20%,并且采用铝及钢材混合制造,让车辆的轻量化达到了极高的级别。

汽车电气化的核心技术之一是功率器件/模块。近些年,以碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体材料已成为功率器件/模块的新宠。碳化硅是一种宽带隙材料,与硅(SI)相比,具有许多优点,例如:工作温度更高,散热性能得到改善,开关和导通损耗更低。不过,宽带隙材料比硅基材料的量产难度更高。

意法半导体(STMicroelectronics)从1996年开始从事碳化硅技术研发。在半导体市场推出一项新技术,质量高、寿命长,成本有竞争力是基本要求。意法半导体战胜了这种宽带隙材料的量产挑战,于2004年开始生产其首款SiC二极管。2009年,意法半导体的第一款 SiC MOSFET投产,此后又增加了1200V的SiC MOSFET和功率肖特基二极管,以完善原来的650V产品组合。

随着市场竞争愈演愈烈,基础材料的成本不断降低,碳化硅的供应链变得越来越稳健。意法半导体一直在努力改善材料和工艺质量。随着材料和基于SiC技术的产品 变得更加成熟,意法半导体研制出正在成为汽车电气化的关键推动力的汽车级SiC功率器件/模块。

意法半导体的6英寸碳化硅晶圆于2017年投产,生产规模扩大有助于降低芯片成本,提高市场供应量,满足日益增多的SiC应用的需求(包括电动汽车逆变器、太阳能逆变器、工业电机驱动器、家用电器和电源适配器等)。

特斯拉是第一家在其Model 3中集成全SiC功率模块的高级电动汽车制造商。由于与意法半导体的合作,特斯拉逆变器由24个1-in-1功率模块组成,这些模块组装在针翅式(pin-fin)散热器上。

 意法半导体SiC功率模块组装在散热器上

 意法半导体SiC功率模块组装在散热器上

意法半导体SiC功率模块组装在散热器上

意法半导体SiC功率模块包含两个采用创新的芯片贴装解决方案的碳化硅MOSFET,并通过铜基板实现散热。碳化硅MOSFET采用意法半导体最新的技术进行设计和制造,可降低传导损耗和开关损耗。本报告对该功率模块进行完整的拆解与逆向分析,并提供碳化硅MOSFET和封装的生产成本预估。

 意法半导体SiC功率模块逆向分析

意法半导体SiC功率模块逆向分析

意法半导体SiC功率模块中MOSFET工艺分析

意法半导体SiC功率模块中MOSFET工艺分析(部分)

此外,本报告还将意法半导体SiC功率模块与三菱(Mitsubishi)J系列TP-M功率模块进行对比分析,以突出两家公司产品采用的封装设计和材料解决方案的差异。

报告目录:

Overview/Introduction
• Executive Summary
• Reverse Costing Methodology
• Thermal Issues and Solutions in Automotive Power Modules

Company Profile
• STMicroelectronics

Physical Analysis

Overview of the Physical Analysis
• Package Analysis
- Package opening
- Package cross-section
• MOSFET Die
- MOSFET die view and dimensions
- MOSFET die process
- MOSFET die cross-section
- MOFSET die process characteristics

Manufacturing Process
• MOSFET Die Front-End Process
• MOSFET Fabrication Unit
• Final Test and Packaging Fabrication Unit

Cost Analysis
• Overview of the Cost Analysis
• Yields Explanation and Hypotheses
• MOSFET Die
- MOSFET front-end cost
- MOSFET die probe test, thinning and dicing
- MOSFET wafer cost
- MOSFET die cost
• Complete Module
- Packaging cost
- Final test cost
- Component cost

Price Analysis
• Estimation of Selling Price
• Comparison with Mitsubishi J-Series TP-M power module

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