新型模組封裝技術加持 電動車能源利用率再升級
Easy 1B/2B電源模組可為電動車(EV)及混合動力車(HEV)大幅提升空調壓縮機、機油/冷卻幫浦、加速動力轉向系統及暖氣機等輔助系統的能源利用效率，並大幅省下開發成本，且上述系統的電源負載亦從1千瓦(kW)至高達6千瓦，若能透過高壓直流鏈(DC-link)來驅動此類應用系統，可讓系統設計人員大幅降低所需電位，從而再次縮減成本(如減少纜線厚度及馬達的銅線用量等)。
提升電動車能源效率 電源模組扛重任
值得注意的是，電動車在提高能源效率的同時，當然也需要目前傳統汽油車中所沒有的新應用系統，其中之一便是高低壓電池之間的DC-DC電源轉換器。其用途為轉換兩種電池間的能量，以提供最佳的汽車整體能源效率；另一個例子則是插電式混合動力車(PHEV)，其可透過插電連結至電力網格將電池充滿，運作流程中，也須透過DC-DC電源轉換器襄助。
由於電動車類型的電源負載皆有不同需求，如何讓解決方案能在相同的封裝且兼顧低成本的條件下，透過各類半導體元件如絕緣閘雙極性電晶體(IGBT)、二極體(Diode)、CoolMOS高壓金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、OptiMOS低壓MOSFET、印刷電路板(PCB)及直接覆銅基板(DCB)的配置達成客製化，將是一大挑戰，必須採用特殊的封裝方式才能克服。
尤其是相較於牽引(馬達/發電機)變頻器，此類小型負載系統並不需要基板，而是需要效能、彈性和成本的最適組合。舉例而言，英飛凌(Infineon)的全車用Easy 1B和2B封裝電源模組(圖1)，便適用於所有新舊型應用系統(圖2)及拓撲結構。
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| 圖1 採用Easy 1B/2B封裝的電源模組 |
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| 圖2 電動車的電源控制系統架構 |
Easy 1B/2B彈性配置 風靡工業/車用領域
事實上，採用Easy 1B/2B封裝的電源模組在工業應用領域廣受業界青睞與肯定，適合工業用馬達、不斷電系統(UPS)/電源供應器、空調、焊接、電池充電器，以及感應式加熱或太陽能逆頻器等各種應用。此二款模組的開發乃為提供兼具經濟實惠、高可靠度且體積精巧的設計方案，同時亦能簡化裝配程序。
Easy 1B/2B模組均已加入汽車電源模組市場，其採用內置螺絲鉗和壓接式腳位的無基板模組，可提供新穎、快速、可靠且低成本的裝配概念，主要特性包括小型模組概念，可建構標準化且良好的封裝，適合導入多樣應用產品。
此外，其可客製化DCB配置和腳位矩陣，讓應用更具彈性，同時能在最佳化客戶產品開發週期和成本的前提下，提供高功率密度、整合式溫度感應器及低雜散電感設計等整合功能，且符合RoHS規範。
超越汽車認證規格 Easy 1B/2B模組超吸睛
超越汽車認證規格 Easy 1B/2B模組超吸睛
與此同時，Easy 1B/2B電源模組完全符合汽車規範，甚至品質超越車用認證，如同所有通過汽車認證的電源模組，Easy 1B/2B模組也須通過在產品使用週期與可靠性方面嚴格的認證測試，確保能滿足車用需求。尤其汽車認證涵蓋不同晶片和封裝相關測試，為能通過汽車認證，已有不少電源模組採用改良型DCB陶瓷來減少銅剝離和DCB破裂；以下則簡單說明基本汽車封裝相關認證測試。
首先是低溫貯存(Low Temperature Storage, LTS)測試，係將模組保存在極低溫的環境，以驗證絕緣膠的功能性是否符合要求。緊接著是溫度衝擊測試(Thermal Shock Test, TST)，屬於二箱式測試，其中，氣態溫度衝擊是一種加速測試，用於評估因不同材料的熱膨脹係數不協調所造成的故障機制。
針對上述兩項測試的詳細流程則為模組先在極低溫試驗箱中放置1小時，然後再放入高溫試驗箱，測試過程為與汽車應用相關的循環次數。
至於振動(V)與機械衝擊測試(S)方面，此兩種測試係用於判斷模組在汽車使用期限內，是否符合機械應力的操作需求。
Easy 1B/2B支援可追溯性/壓接式連結
除通過汽車認證測試外，Easy 1B/2B電源模組同時具備其他與汽車應用相關的特性，如可追溯性和壓接式連結(Press-fit)等。其中，可追溯性為模組DCB上的直接記憶體交換(DMX)晶片和模組外殼上的一組DMX條碼(圖3)，用以提供非常重要的資訊，包括不同晶片在原始晶圓上的位置、接合器可追溯性及100%交換保護等。
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| 圖3 汽車電源模組所使用的DMX晶片和DMX條碼 |
至於壓接式連結則是提供電源模組的控制和電源接觸面，進一步與PCB或匯流排連接的另一種方法，符合高耐用性、高溫及RoHS規範要求且易於處理。實際上，汽車領域導入此連接技術已行之有年(圖4)，主要優點包括可靠度提升(FIT率遠優於焊接)、節省裝配的時間和成本、PCB尺寸縮減，以及可修復系統功能。此外，除車用領域外，全自動化產品也適合採用此一技術。
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| 圖4 壓接式連結示意圖 |
靈活配置半導體元件 克服汽車模組設計挑戰
對汽車模組而言，輔助驅動裝置、DC-DC電源轉換器、暖氣系統和電池充電器等，均是很大的挑戰。本文說明電源模組供應商對此一挑戰的因應之道，而新型汽車Easy 1B/2B電源模組將為高電壓、低功率應用產品(最高達6千瓦)提供彈性平台，藉以透過使用不同的半導體元件，從而節省大量系統成本。
