在過去的幾年中，由于最終應用中節(jié)約成本和提高效率的嚴格功率設計約束，使得功率模塊市場的需求迅速變化。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是設計階段的驅動因素。功率模塊供應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定制解決方案，對其進行裁剪，滿足客戶的需求(根據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計和性能的市場需求時所要考慮的方方面面。
Eng. Marco Di Lella – 賽米控意大利公司產品經理
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)省空間的電氣拓撲結構。
有些市場對這些話題是非常敏感的。UPS和太陽能市場就是最好的例子：客戶與客戶之間應用的布局復雜性可能有很大的不同。為了找到用于實現高性能的最佳電氣解決方案和最少功率模塊數量，有一項研究一直在進行。電動汽車應用是一個新興的市場，在為其提供功率模塊解決方案時，上述議題都將具有挑戰(zhàn)性。
其他一些市場，如焊接或電機驅動，不受這些約束的影響，只需要相當標準的電氣配置，只需要對現有配置進行少量變化以及可能基于最新芯片技術進行重新設計。對于此類市場，最具成本效益的產品是功率模塊供應商的制勝因素。
圖片1顯示了客戶需求和功率模塊供應商策略之間是如何相互關聯的：
圖1 - 客戶需求與功率模塊供應商策略之間的相互關聯
根據市場的不同，實施不同的策略：
非成本驅動的市場：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，差異化是關鍵，使客戶能夠認識到方案的獨特性是其他競爭對手無法提供。
成本驅動的市場：需要提供相當標準的解決方案。該市場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市場的需求，并且認識到定制解決方案是個重要的市場。其在意大利的子公司的目標是為客戶提供特殊類型的產品。
有三個重要的關鍵點：
聚焦應用
產品快速上市
客戶差別化
聚焦應用
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。這樣具有大功率集成度和節(jié)省空間的優(yōu)點。
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。該平臺可以集成最新的芯片技術，如SiC二極管、用于高電壓應用的MOSFET和用于高開關頻率的IGBT（圖2）。
圖2：能夠用于提供定制解決方案的可用平臺和芯片
應用支持團隊建議（推薦選擇）芯片和功率模塊之間的最佳組合。來自不同應用市場如UPS、光伏、電氣傳動、焊接及鐵路應用的經驗，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量來構建所需的電氣配置，從而保證應用的最佳的熱性能。
從可靠性和動態(tài)視角來說，最新的芯片技術是全部合格的。芯片技術已經通過了17種以上的不同可靠性測試，測試時間超過10000小時，被考慮用于一個定制項目。
產品快速上市
電力電子是一個動態(tài)的市場，產品的開發(fā)和推廣特別重要。對于客戶來說，能夠以多快的速度準備好第一個原型以及能夠以多快的速度投入大規(guī)模生產是取得市場成功必不可少的因素：產品首先在市場上市意味著搶占競爭對手的市場份額。
任何新項目始于客戶終于客戶，通過功率模塊供應商項目評估，確定產品生命周期過程。
圖3：產品生命周期過程
產品面市時間是指從項目發(fā)布到量產之間的時間。
每個驗證階段都由一系列必須滿足的步驟組成。為了能夠繼續(xù)到下一個步驟，每個驗證階段結束時生產一些原型交付給客戶用于最終的批準。
當開發(fā)一個新項目時，賽米控意大利公司每天都為其客戶提供支持，以實現產品的快速上市。這意味著在項目所有階段的合作：客戶參與項目的定義過程以確保工程規(guī)范的快速定義。這有助于消除設計過程后期代價高昂的方案改變，以便第一時間得到正確的請求。
軟件支持被用于最大限度地減少工程工作量，以確保根據客戶的要求生產每一件產品。這樣可以根據客戶的要求快速生產定制模塊。
賽米控已建立起靈活的生產：同類產品被分為系列，可在相同的設備中以相同的順序加工。這樣可以縮短產品生產之間的轉換時間。因此減少了產品交貨時間，帶來高品質的產品，同時降低了制造成本并準時交貨。
客戶優(yōu)勢
功率模塊市場往往基于標準的電氣配置。在大多數情況下，定制解決方案無法在市場上獲得，客戶需要付出很多努力以實現所需的配置?？赡苄枰粋€以上的功率模塊來組裝最終的配置；模塊數量甚至隨著配置復雜度的增加而增加。應用所需的空間變得相關，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行過優(yōu)化?？蛻魧⒁虼嗣媾R著巨大的材料管理成本和大量的物流付出。PCB布線問題延長了開發(fā)時間，最終應用成本將增加?？蛻魧⑿枰嗟臅r間來進入市場。
因此，定制方案就成為克服上述問題的正確解決方案。通過使用自定義的電氣配置，可減少模塊數量，每個功率模塊將只配備所需的電氣指標。得益于模塊引腳分配和PCB布線需要之間的完美匹配，PCB設計所需的工作減少了，節(jié)省了開發(fā)時間。材料成本大為降低，物流和裝配過程更容易。減少了裝配錯誤的發(fā)生，增加了制造可靠性。
事實上，相對于使用標準模塊，定制解決方案通過節(jié)省空間和降低成本減少了最終應用的外形尺寸。
如圖4為已進行的一項采用額定40A/1200V IGBT和二極管開發(fā)三相PWM整流降壓轉換器的個案研究。
基于TO器件的標準解決方案和基于賽米控SEMIPONT™6平臺的定制解決方案之間的對比已經完成。
圖4：三相PWM整流降壓轉換器的設計
由于非常復雜的布局，標準解決方案需要27個TO器件，而定制方案只需一個SEMIPONT™6模塊集成到整個三相配置中。每個TO器件需要一個螺絲用于散熱器的安裝，而功率模塊只需兩個安裝螺絲，一步即可完成安裝。由于功率模塊引腳分配是根據客戶需求而設計的，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。
因此，調查證實了使用定制解決方案所帶來的好處，尤其在材料成本、裝配時間和制造工藝方面：
定制解決方案可顯著減少10%的材料成本。成本分項如圖片5所示。
由于減少了需要管理的部件，裝配時間也減少了。僅需處理一個模塊而不是27個，估計裝配時間最多減少達85%。
所需處理部件的減少也降低了裝配錯誤發(fā)生的風險。制造錯誤可減少高達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間比較
結論
除了功率模塊中批量驅動的標準配置，賽米控還以各種外殼提供客戶專用的拓撲結構，應對專門應用中市場的細分需求。賽米控已經在意大利子公司成立于一個技術支持和產業(yè)結構，通過專業(yè)的應用支持團隊、經驗豐富的研發(fā)團隊和靈活的模塊生產，以短而有效的方式來處理特定的客戶需求。
由于減少了材料處理、高集成度帶來的尺寸減小以及更高的生產可靠性，客戶認識到定制解決方案在易于裝配過程方面的優(yōu)勢。<