在過(guò)去的幾年中，由于最終應(yīng)用中節(jié)約成本和提高效率的嚴(yán)格功率設(shè)計(jì)約束，使得功率模塊市場(chǎng)的需求迅速變化。研發(fā)工程師正尋求創(chuàng)新的解決方案，這些解決方案中高集成度和最新的芯片技術(shù)是設(shè)計(jì)階段的驅(qū)動(dòng)因素。功率模塊供應(yīng)商不得不滿足這些要求，并提供優(yōu)化的解決方案以滿足客戶的愿望。

    賽米控也投入到重點(diǎn)定制解決方案，對(duì)其進(jìn)行裁剪，滿足客戶的需求(根據(jù)客戶的需求而量身定制)，以提供最好的裝配解決方案。

     本文概述了提供定制解決方案以滿足不斷變化的功率模塊設(shè)計(jì)和性能的市場(chǎng)需求時(shí)所要考慮的方方面面。

    Eng. Marco Di Lella – 賽米控意大利公司產(chǎn)品經(jīng)理

    如今的功率模塊研發(fā)工程師正在開發(fā)能夠確保最佳效率性能、功耗并節(jié)省空間的電氣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

    有些市場(chǎng)對(duì)這些話題是非常敏感的。UPS和太陽(yáng)能市場(chǎng)就是最好的例子：客戶與客戶之間應(yīng)用的布局復(fù)雜性可能有很大的不同。為了找到用于實(shí)現(xiàn)高性能的最佳電氣解決方案和最少功率模塊數(shù)量，有一項(xiàng)研究一直在進(jìn)行。電動(dòng)汽車應(yīng)用是一個(gè)新興的市場(chǎng)，在為其提供功率模塊解決方案時(shí)，上述議題都將具有挑戰(zhàn)性。

    其他一些市場(chǎng)，如焊接或電機(jī)驅(qū)動(dòng)，不受這些約束的影響，只需要相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的電氣配置，只需要對(duì)現(xiàn)有配置進(jìn)行少量變化以及可能基于最新芯片技術(shù)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。對(duì)于此類市場(chǎng)，最具成本效益的產(chǎn)品是功率模塊供應(yīng)商的制勝因素。

    圖片1顯示了客戶需求和功率模塊供應(yīng)商策略之間是如何相互關(guān)聯(lián)的：

圖1 - 客戶需求與功率模塊供應(yīng)商策略之間的相互關(guān)聯(lián)

    根據(jù)市場(chǎng)的不同，實(shí)施不同的策略：

    非成本驅(qū)動(dòng)的市場(chǎng)：制勝因素是有能力提供解決方案滿足客戶的特殊需求。在這種情況下，差異化是關(guān)鍵，使客戶能夠認(rèn)識(shí)到方案的獨(dú)特性是其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手無(wú)法提供。

    成本驅(qū)動(dòng)的市場(chǎng)：需要提供相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的解決方案。該市場(chǎng)通常是基于每年高的銷售量。

    賽米控提供功率模塊解決方案以滿足兩個(gè)市場(chǎng)的需求，并且認(rèn)識(shí)到定制解決方案是個(gè)重要的市場(chǎng)。其在意大利的子公司的目標(biāo)是為客戶提供特殊類型的產(chǎn)品。

    有三個(gè)重要的關(guān)鍵點(diǎn)：

    聚焦應(yīng)用

    產(chǎn)品快速上市

    客戶差別化

    聚焦應(yīng)用

    為了滿足客戶的要求，賽米控在合適的功率模塊中提供合適的芯片技術(shù)。這樣具有大功率集成度和節(jié)省空間的優(yōu)點(diǎn)。

    賽米控提供帶基板或者不帶基板的功率模塊，采用不同的功率接觸界面，如焊接端子或螺絲端子。該平臺(tái)可以集成最新的芯片技術(shù)，如SiC二極管、用于高電壓應(yīng)用的MOSFET和用于高開關(guān)頻率的IGBT（圖2）。

圖2：能夠用于提供定制解決方案的可用平臺(tái)和芯片

    應(yīng)用支持團(tuán)隊(duì)建議（推薦選擇）芯片和功率模塊之間的最佳組合。來(lái)自不同應(yīng)用市場(chǎng)如UPS、光伏、電氣傳動(dòng)、焊接及鐵路應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，在熱性能和電氣仿真的幫助下，可幫助選擇合適的封裝和合適的模塊數(shù)量來(lái)構(gòu)建所需的電氣配置，從而保證應(yīng)用的最佳的熱性能。

    從可靠性和動(dòng)態(tài)視角來(lái)說(shuō)，最新的芯片技術(shù)是全部合格的。芯片技術(shù)已經(jīng)通過(guò)了17種以上的不同可靠性測(cè)試，測(cè)試時(shí)間超過(guò)10000小時(shí)，被考慮用于一個(gè)定制項(xiàng)目。

    產(chǎn)品快速上市

    電力電子是一個(gè)動(dòng)態(tài)的市場(chǎng)，產(chǎn)品的開發(fā)和推廣特別重要。對(duì)于客戶來(lái)說(shuō)，能夠以多快的速度準(zhǔn)備好第一個(gè)原型以及能夠以多快的速度投入大規(guī)模生產(chǎn)是取得市場(chǎng)成功必不可少的因素：產(chǎn)品首先在市場(chǎng)上市意味著搶占競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的市場(chǎng)份額。

    任何新項(xiàng)目始于客戶終于客戶，通過(guò)功率模塊供應(yīng)商項(xiàng)目評(píng)估，確定產(chǎn)品生命周期過(guò)程。

圖3：產(chǎn)品生命周期過(guò)程

    產(chǎn)品面市時(shí)間是指從項(xiàng)目發(fā)布到量產(chǎn)之間的時(shí)間。

    每個(gè)驗(yàn)證階段都由一系列必須滿足的步驟組成。為了能夠繼續(xù)到下一個(gè)步驟，每個(gè)驗(yàn)證階段結(jié)束時(shí)生產(chǎn)一些原型交付給客戶用于最終的批準(zhǔn)。

    當(dāng)開發(fā)一個(gè)新項(xiàng)目時(shí)，賽米控意大利公司每天都為其客戶提供支持，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速上市。這意味著在項(xiàng)目所有階段的合作：客戶參與項(xiàng)目的定義過(guò)程以確保工程規(guī)范的快速定義。這有助于消除設(shè)計(jì)過(guò)程后期代價(jià)高昂的方案改變，以便第一時(shí)間得到正確的請(qǐng)求。

    軟件支持被用于最大限度地減少工程工作量，以確保根據(jù)客戶的要求生產(chǎn)每一件產(chǎn)品。這樣可以根據(jù)客戶的要求快速生產(chǎn)定制模塊。

    賽米控已建立起靈活的生產(chǎn)：同類產(chǎn)品被分為系列，可在相同的設(shè)備中以相同的順序加工。這樣可以縮短產(chǎn)品生產(chǎn)之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間。因此減少了產(chǎn)品交貨時(shí)間，帶來(lái)高品質(zhì)的產(chǎn)品，同時(shí)降低了制造成本并準(zhǔn)時(shí)交貨。

    客戶優(yōu)勢(shì)

    功率模塊市場(chǎng)往往基于標(biāo)準(zhǔn)的電氣配置。在大多數(shù)情況下，定制解決方案無(wú)法在市場(chǎng)上獲得，客戶需要付出很多努力以實(shí)現(xiàn)所需的配置。可能需要一個(gè)以上的功率模塊來(lái)組裝最終的配置；模塊數(shù)量甚至隨著配置復(fù)雜度的增加而增加。應(yīng)用所需的空間變得相關(guān)，PCB布線變得更加困難，特別是如果引腳分配沒有為此目的進(jìn)行過(guò)優(yōu)化。客戶將因此面臨著巨大的材料管理成本和大量的物流付出。PCB布線問(wèn)題延長(zhǎng)了開發(fā)時(shí)間，最終應(yīng)用成本將增加。客戶將需要更多的時(shí)間來(lái)進(jìn)入市場(chǎng)。

    因此，定制方案就成為克服上述問(wèn)題的正確解決方案。通過(guò)使用自定義的電氣配置，可減少模塊數(shù)量，每個(gè)功率模塊將只配備所需的電氣指標(biāo)。得益于模塊引腳分配和PCB布線需要之間的完美匹配，PCB設(shè)計(jì)所需的工作減少了，節(jié)省了開發(fā)時(shí)間。材料成本大為降低，物流和裝配過(guò)程更容易。減少了裝配錯(cuò)誤的發(fā)生，增加了制造可靠性。

    事實(shí)上，相對(duì)于使用標(biāo)準(zhǔn)模塊，定制解決方案通過(guò)節(jié)省空間和降低成本減少了最終應(yīng)用的外形尺寸。

    如圖4為已進(jìn)行的一項(xiàng)采用額定40A/1200V IGBT和二極管開發(fā)三相PWM整流降壓轉(zhuǎn)換器的個(gè)案研究。

    基于TO器件的標(biāo)準(zhǔn)解決方案和基于賽米控SEMIPONT™6平臺(tái)的定制解決方案之間的對(duì)比已經(jīng)完成。

圖4：三相PWM整流降壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)

    由于非常復(fù)雜的布局，標(biāo)準(zhǔn)解決方案需要27個(gè)TO器件，而定制方案只需一個(gè)SEMIPONT™6模塊集成到整個(gè)三相配置中。每個(gè)TO器件需要一個(gè)螺絲用于散熱器的安裝，而功率模塊只需兩個(gè)安裝螺絲，一步即可完成安裝。由于功率模塊引腳分配是根據(jù)客戶需求而設(shè)計(jì)的，而TO器件不具有靈活的功率引腳位置，因此在PCB布線方面具有顯而易見的優(yōu)勢(shì)。

    因此，調(diào)查證實(shí)了使用定制解決方案所帶來(lái)的好處，尤其在材料成本、裝配時(shí)間和制造工藝方面：

    定制解決方案可顯著減少10%的材料成本。成本分項(xiàng)如圖片5所示。

    由于減少了需要管理的部件，裝配時(shí)間也減少了。僅需處理一個(gè)模塊而不是27個(gè)，估計(jì)裝配時(shí)間最多減少達(dá)85%。

    所需處理部件的減少也降低了裝配錯(cuò)誤發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。制造錯(cuò)誤可減少高達(dá)80%。更少的部件確保了更高的制造可靠性和更高的直通率。

圖5：材料成本拆分和組裝時(shí)間比較

    結(jié)論

    除了功率模塊中批量驅(qū)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)配置，賽米控還以各種外殼提供客戶專用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，應(yīng)對(duì)專門應(yīng)用中市場(chǎng)的細(xì)分需求。賽米控已經(jīng)在意大利子公司成立于一個(gè)技術(shù)支持和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，通過(guò)專業(yè)的應(yīng)用支持團(tuán)隊(duì)、經(jīng)驗(yàn)豐富的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和靈活的模塊生產(chǎn)，以短而有效的方式來(lái)處理特定的客戶需求。

    由于減少了材料處理、高集成度帶來(lái)的尺寸減小以及更高的生產(chǎn)可靠性，客戶認(rèn)識(shí)到定制解決方案在易于裝配過(guò)程方面的優(yōu)勢(shì)。<