Wolfspeed 推出了 Wolfspeed WolfPACK? 系列功率模塊，該系列采用眾所周知的功率模塊封裝中的碳化硅 （SiC） 器件。這些模塊建立在Wolfspeed多年來致力于其碳化硅材料和器件的研究和優化之上。除了增加載流量和降低開關損耗等關鍵改進外，這些模塊還具有關鍵優勢，例如堅固的壓接引腳、彈簧加載的無底板模塊連接、與第二供應商的封裝兼容性、通過嵌入式 NTC 進行集成溫度測量以及比其他行業標準模塊更高的功率密度。全新的 Wolfspeed WolfPACK 功率模塊系列填補了大電流模塊和分立元件之間的空白，提供了比并聯分立元件陣列更簡單、更穩健、更靈活的選擇。本文探討了全新的 Wolfspeed WolfPACK 系列無碳化硅無基板功率模塊，并展示了這種多功能且可擴展的模塊方法如何實現當前硅 （Si） 設計的快速升級并縮短上市時間。

碳化硅技術的優勢

與業界的傳統硅技術相比，碳化硅元件具有更低的傳導損耗、更快的開關瞬變、更高的工作溫度和更高的魯棒性。這些性能優勢通?？梢赞D化為更高的功率密度和更高的效率，而更高的可靠性可以降低系統生命周期內的維護成本。

上圖顯示了各種材料在多個擊穿電壓下的性能。在考慮高總線電壓下的高開關頻率時，碳化硅是首選材料。

碳化硅電源，無底板模塊

Wolfspeed WolfPACK 模塊將碳化硅 MOSFET 封裝在可重新配置的封裝中，該封裝采用 PressFIT、無焊引腳與外部 PCB 接口。這些引腳在網格中對齊，可以根據內部模塊設計進行定位，從而允許碳化硅器件的多種拓撲結構，例如半橋或六組。

該模塊使用金屬安裝片作為彈簧力接口。這種方法沿模塊底部均勻分布壓力，以確保與散熱器的熱接觸。Wolfspeed 安裝指南建議使用兩個螺栓用于散熱器片，并用四個螺釘將外殼連接到 PCB。這些快固件在散熱器、模塊和 PCB 之間提供了剛性而堅固的機械連接。

圖 2 顯示了模塊之間的不同熱堆棧，包括底板和 Wolfspeed WolfPACK 模塊系列。無底板設計不僅減輕了模塊的重量，還減小了封裝尺寸。根據熱管理系統的不同，在無底板方法中，總熱阻Rthih通常會降低。此外，陶瓷直接鍵合銅 （DBC） 基板為散熱器提供了出色的電氣隔離，但熱阻較低，與帶隔離焊盤的分立式實現方案相比，這些無基板模塊的熱性能要好得多。這反過來又允許模塊提供比分立封裝中的相同器件更好的載流量。而且，與碳化硅技術的優勢相結合，與基于 IGBT 的模塊相比，Wolfspeed WolfPACK 模塊可以顯著減小轉換器尺寸。

圖2：底板和無底板堆疊的比較。

使用 Wolfspeed WolfPACK 設計系統

如上所述，Wolfspeed WolfPACK? 電源模塊使用 PressFIT 引腳，這是一種成熟的連接方法，使用帶有彎曲主體的引腳。當引腳插入電鍍PCB通孔時，引腳被壓縮，這種壓縮提供了高可靠性和出色的電氣/熱/機械性能，無需進一步擰緊，專用部件或焊接。

缺少專用連接器或適配器也減少了安裝時間，因為模塊可以正確定向并推入到位。這種連接方式的簡單性和堅固性減少了系統維護，而模塊的單向特性可防止錯誤安裝。

此外，Wolfspeed WolfPACK 模塊可以拆卸并重新用于其他設計或配置。因此，這些模塊不僅可靠，而且用途廣泛，可用于各種設計的原型設計。鑒于 PressFIT 連接的高可靠性，工程師可以創建與最終產品非常相似的原型。這減少了開發階段的數量，使工程師能夠自信地了解最終產品的性能。

探索采用碳化硅電源解決方案的無基板模塊的優勢

Wolfspeed WolfPACK 碳化硅無底板功率模塊包含氧化鋁基板，有助于 MOSFET 的傳熱、電氣隔離和信號/電源路由。圖3顯示了六橋和半橋電源模塊的內部布局，這兩個模塊都包含一個用于溫度監控的集成NTC組件。此外，行業標準的封裝/引腳排列允許多種采購，并可輕松將現有系統升級到碳化硅。

圖3：六組模塊（左）和半橋模塊（右）的內部布局

Wolfspeed WolfPACK 模塊不需要與散熱器進行電氣隔離（因為隔離已經由氧化鋁基板完成）。這降低了半導體器件與熱管理系統之間的熱阻。帶有模板/屏幕的熱界面材料，可用作裝配過程的一部分，并有助于熱量分布。熱界面材料 （TIM） 可以是導電的，因為電絕緣 TIM 通常會降低熱性能。

將無基板模塊與傳統的大電流模塊進行比較時，Wolfspeed WolfPACK? 模塊可以在更小的尺寸內實現更高的功率密度，同時降低組裝成本。這是由于將多個碳化硅MOSFET集成到單個小型封裝中，以及散熱器和PCB之間的高度減小，與分立器件或傳統封裝相比，可實現更緊湊的設計。由于 Wolfspeed WolfPACK? 模塊可以并聯，設計人員可以創建可擴展到適當功率水平的系統，同時優化空間和成本。

多個模塊可以安裝在類似的尺寸內，無需充分利用笨重的大電流模塊。此外，采用 PressFIT 引腳和 PCB 實現的布線電源可以消除對重型銅母線的需求。

此外，Wolfspeed WolfPACK PCB 安裝允許使用重疊平面以最小化電感，從而實現非?？焖俚拈_關。

結論

Wolfspeed 的 WolfPACK 碳化硅功率無底板模塊為設計人員提供了對傳統硅無基板模塊的可靠、快速升級。該技術在中等功率系統中提供了極大的可擴展性，有可能最大限度地減小轉換器尺寸并降低系統BOM成本，同時為設計人員提供彌合分立元件和高載流量模塊之間差距的選項。

審核編輯：郭婷