车规模块系列（三）：特斯拉TPAK系列

相比于前两篇聊到的半桥DCM系列和三相全桥HPD模块，今天我们要聊的TPAK（Tesla Pack）封装，更像是单管，由特斯拉于2018年发布的Model3/Y率先采用，也是率先在新能源汽车电驱采用全SiC的解决方案，24-in-1的结构，每个桥臂上下桥由4个TPAK并联而成。而今，市面上很多厂家也相继推出了TPAK封装产品，亦是一种学习的力量，今天我们就来聊聊TPAK。

Tesla Pack

2022年8月15日，特斯拉CEO马斯克发文称，特斯拉上海超级工厂第100万辆车下线。从2012年交付第一辆车以来，特斯拉截至2022年十年来，累计交付了约300万辆车。而对于特斯拉而言，单管多并联的方式成为其独具特色的解决方案。

从一开始的TO-247封装的IGBT单管并联，到单管电流等级需求优化的TO-247Plus封装的IGBT并联，到如今的TPAK封装，可以说将单管并联方式发挥的淋漓尽致。采用这方面的原因可能是当时可选择的车规IGBT模块较少，并且单个单管电流等级较小而采用多并联来达到所需电流等级。

随着第三代半导体SiC的入局，对于封装和可靠性的要求，特斯拉也跟当今先进的半导体厂家合作，从而推出TPAK封装的单管，同时也可向下兼容IGBT芯片，这让其至少竞争对手提前几年获得了碳化硅大规模使用的数据。

最早使用在TPAK的SiC芯片是由ST(意法半导体)提供的，这也使得ST借此得到了飞速发展。随着SiC这几年的发展，TPAK也有了更多的芯片供应链选择。

接下来，我们就来聊聊TPAK的那些事儿~

T-PAK封装

上个月的PCIM展上，，想必大家都看到了很多TPAK模块，外观基本都一致，内部细节可能就不太明了了。

尺寸为20mm*28mm*4mm。可见采用的是塑封的方式，具体有没有做特殊优化就不得而知了。外部功率端子采用的激光焊接，以及内部采用Cu-Clip技术取代传统绑定线。当然里面我们也能看到绑定线，下面是TPAK的部分开盖示意图，

可以看到，内部两个相同的SiC芯片，源极通过铜引线框架连接到一起，它们之间采用了Sn焊料。门极通过直径200um的Al绑定线引出到门极铜框架。芯片到Si3N4的AMB基板采用银烧结技术。

目前，汽车模块功率端子的连接越来越多地采用激光焊接，同时或多或少也都会采用部分的Cu-Clip技术，所以今天针对TPAK我们就简单聊一聊这两个小话题。

01、激光焊接技术

常见的模块功率端子的外部连接方式是通过螺丝，板级的通过常规焊接方式进行连接。相对于螺丝的安装方式，接触电阻和寄生电感都会较大，并且安装较为耗时。而普通焊料焊接，由于焊料的特性，导电率会随着使用的时间而降低。我们都知道铜具有更高的导电性和导热系数，有助于更高的电流密度。

下面给到了高温焊接合金和铜材料的性能对比，

铜铜之间的激光焊接技术是一种高效的粘接技术，如电池行业早已普及，铜铜连接点提供了更为牢固和可靠的连接，也逐渐成为目前汽车模块应用中的一种趋势。

例如，赛米控丹佛斯的eMPack也提供了激光焊接版本，

02、Cu-Clip技术

正如上面TPAK的开盖图，内部采用的铜引线框架。

常规的模块内部均采用的铝绑定线，由于成本相对较低，成熟度高，灵活性高而被广泛使用。随着SiC的不断发展，芯片面积相对硅基较小，所能容纳的铝绑定线数量变得有限，同时SiC的高速开关特性，对于模块的寄生参数更为敏感，这一点我们在之前的crosstalk现象中有所涉及：

SiC Crosstalk小叙

同时铝绑定线的杂散电感较高，导电率较小。而上面我们聊到了铜的特性，导热系数高，导电率高，所以有些模块也尝试使用铜线进行绑定，如DCM系列中提到的DBB技术，而铜绑定线对于芯片表面的处理要求较高，故也有采用铝包铜绑定线进行折中选择。

而铜引线框架，所谓的Clip方式，可以看到，加大了截面积和焊接面积，提供了更高的电流密度，同时间接地也为芯片提供了额外的散热路径，提高了功率模块的散热能力和功率循环的可靠性。

同时，模块内部很多都是采用的多芯片并联来满足高的电流等级，芯片之间的均流对于内部杂散电感的分布提出了比较高的要求，

相对于绑定线，铜引线框架更易于改变形状，也就是杂散电感的分布更易于设计和实现。当然，也可以采用绑定线和Cu-Clip组合的方式，适合的才是最好的。

小结

特斯拉的TPAK可以说是结合了很多“新颖”的技术，同时引领了多单管并联的解决方案，也以大量的车辆销售来佐证了这种方式的可行性。作为第一个吃螃蟹的特斯拉很多技术值得学习和讨论，也引领着国产化的争相逐鹿。

这几天从赛米控丹佛斯的DCM系列，到英飞凌的HPD系列，再到特斯拉的TPAK系列，聊到了各种散热方式（SP3D，Pin-fin-可以有各种形状），各种绑定（DBB，Cu-Clip）以及激光焊接等等。当然这只是市面上比较常见的几种车规模块，还有其他很多不常见，但上过车的车规模块，这个我们后面可以娓娓道来。

新能源汽车的飞速发展，使得车规模块得以百家争鸣，相对工业而言，车规的大气使得更多的技术得以发展和应用，这是值得我们不断品尝，学无止境的地方！

期待更多的发展，更多的讨论，更多的丰富精彩！