新能源車在長續航里程、低系統成本和緊湊輕量化方面提出了越來越高要求，優化設計和權衡性能指標是各子部件或系統要考慮的主要方向。隨著多合一這種高度整合化需求，像這種8合1，7合1會增強產業技術壁壘，市場佔有率逐步提升，電驅高功率密度成為一個技術發展趨勢和應用挑戰，功率元件Si IGBT 或SiC MOSFET能實現電壓、電流、頻率轉換，是新能源車從電池到馬達電能傳輸和電路執行的核心。功率元件不僅會影響系統成本，而且會影響產品的長期可靠性和使用壽命，尤其像新能源車短時加速，瞬時輸出大電流大扭力需求，結溫Tvj.op成為裝置安全運行的工作邊界和限制條件。

目前英飛凌提供的最新HybridPACKTM Drive Gen2 SiC MOSFET都允許達到200℃，也是業界第一個標注在規格書中的最高結溫，如何使用和理解該技術特點實現電驅的性能優勢，也是本文想去闡述和表達的一個思路。

按照AQG324並結合IEC60747-9/15標準，元件結溫是不能真實直接被測量的，可以間接透過測量IGBT的Vcesat或二極體的VF， 或MOSFET的內部體二極體VFsd 來標定測量，因此都標稱為虛擬結溫Tvj，並不特定指向模組內晶片的某個物理位置。簡單講，結溫描述功率半導體內晶片溫度的空間分佈，由於工作條件不同，不同部位的溫度梯度各不相同，如圖1示意為晶片表面的熱模擬結果。在產品規格書中有Tvj.max 為最大允許運轉結溫，是定義元件自身直流電流時候的最大結溫，與實際運轉條件和散熱設計沒有關係。 Tvj.op為裝置在開關狀態下的長期持續最大工作結溫，用於實際散熱設計和壽命分析。

在HybridPACKTM Drive結溫定義中，也定義了短時擴展允許結溫，這是考慮正常運轉工況條件下沒有考慮偶爾頻發事件的需求而延展，像電機在高溫條件下堵轉，或短時加速大電流，或低溫條件下大負載電流。模組設計和可靠性認證都要去滿足長期運行結溫Tvj.op，同時允許在某些惡劣工況下超過長期工作條件一定時間，這些都在規格書中有承諾和定義。另外，由於IGBT或MOSFET模組中的每個開關都是由有多個晶片並聯實現，如圖2為示意多個SiC晶片並聯，內部均流效果會影響晶片之間溫度分佈，模組內同一開關並聯晶片內部之間或上下橋臂開關之間的溫度都會有所不同，會影響模組整個輸出電流能力和產品長期運作可靠性。因此，在實際結溫評估應用中，需要採用特殊的塗黑模組用熱成像儀來讀取結溫去標定輸出電流能力，此時內部晶片平均等效結溫Tvj.op來評估更接近真實情況。

相較於HybridPACK™ Drive Gen1第一代產品，HPD Gen2產品定義了持續運行最大結溫為175℃，擴展運行結溫到200℃, 累計持續時間為100h，如下表1為SiC模組FS03R12A8MA2BA規格書中的說明，這是英飛凌第二代HPD封裝不同與友商的主要技術優勢與特點之一。

元件結溫提升也需要封裝材料的優化來配合，傳統都採用聚合物，第二代都採用了高溫熱耐性好的聚苯硫醚PPS材料，變形溫度一般大於260℃，除了成本比較高外，其他材料性能像抗拉強度等方面都是元件封裝比較好的選擇。元件晶片頂部和背部製程不論焊接或燒結製程都要滿足高結溫需求，更為重要是AQG324可靠性測試是滿足擴展200℃結溫所必須保證的標準，如下表2所示測試條件與標準，其是在滿足標準1000小時完成後繼續增加100小時來評估該結溫是否安全和可靠，這確保擴展結溫範圍內裝置在阻斷電壓能力和門級可靠性上安全運行和高頻開關。

電驅應用中經常需要塗黑模組來標定實際裝置輸出電流能力，如何在實際測量中有效準確地評估擴展虛擬結溫200℃？通常結溫可以採用直接測量方法，用紅外線熱成像儀通過讀取晶片表面溫度，為了防止各個區域輻射率不同而導致錯誤的測量結果，需要把被測區域塗成統一顏色，確保表面某物體和絕對黑體發射的紅外線輻射能力，紅外線成像儀必須根據被測對象設置輻射率，通常建議0.99。由於綁定線存在與晶片表面，其載流發熱也會影響結溫的測量與評估，有時讀出的最高結溫為綁定線溫度，此時無法準確讀取等效平均結溫，如圖4為晶片、綁定線溫度分佈及其平均等效溫度，最高溫度點為104℃，晶片表面最高為100℃，平均等效結溫為94℃。

因此，需要移動晶片正上方的綁定線如下圖5的Ta，Tb，Tc位置，此時不超過允許Tvj≈TvjIR=1/3（Ta+Tb+Tc）。通常IGBT晶片面積比SiC MOSFET大，且物理上需要獨立續流二極體FWD配合構成一個開關，有更多綁定線和鍵合點存在，容易測量結溫時候去移動綁定線位置，用熱成像儀讀取各個晶片表面溫度，用平均等效結溫來判斷，二者結溫可以分開評估與分析。但對MOSFET而言通常要採用同步整流模式來完成續流，單獨一個晶片實現一個完整的開關功能，有些情況無法移動綁定線時，建議採用橢圓區域來標定晶片位置讀取溫度，如圖6所示為8個SiC MOSFET晶片測量溫度所標定的橢圓區域，其需要並聯構成一個完整開關，因此，一方面所畫橢圓區域要基本是整個晶片表面積80%左右，覆蓋了晶片絕大部分發熱區域，盡可能包含流過負載電流鍵合點的位置，另一個方面多個晶片並聯可以平均每個橢圓區域點的誤差來讀取平均結溫，更能真實反映晶片的結溫，同時減少由於綁定線上最高溫度所造成的誤差和判斷，避免用某個晶片或綁定線上的最大溫度點來進行輸出電流標定，進而影響功率元件的整體輸出電流能力和性能的判斷。

因此，擴展 200℃結溫所帶來的輸出能力提升優勢可以用上述兩種直接測量方法來評估，進而有效且準確地評估產品的效能，確保此擴展虛擬結溫能帶來系統應用上的優勢。