全球无源和分立器件解决方案制造商威世科技公司(Vishay Intertechnology Inc.)推出全新 MAACPAK 功率模块，该产品专为碳化硅(SIC)金属 - 氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)设计。相较于市面上多数行业标准碳化硅模块，此款新品性能实现大幅提升，同时可与现有解决方案保持兼容。

相较于上一代 EMIPAK 功率模块，威世新款模块显著降低了寄生电感这一关键性能瓶颈，使内部碳化硅 MOSFET 能够在更高频率下高效开关，进而有效缩小整体解决方案的尺寸。此外，威世创新性地将模塑封装技术应用于功率模块设计，确保产品在不牺牲性能的前提下具备优异的可制造性。

该功率模块系列率先推出两款 1200V 设计型号，分别集成 4 颗或 6 颗碳化硅 MOSFET，最高工作结温可达 175℃。

如图 1 所示，VS-MPY038P120 型号采用全桥逆变器拓扑，内置 4 颗 MOSFET，导通电阻(Rds (on))总和为 38 mΩ，连续漏极电流为 35 A。VS-MPX075P120 型号则采用三相逆变器拓扑，集成 6 颗 MOSFET，导通电阻总和为 75 mΩ，连续漏极电流为 18 A。

图1

威世意大利半导体事业部早在 2003 年便启动绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率模块的组装业务，并于 2008 年开始为汽车、工业、通信及能源系统提供碳化硅基功率模块解决方案(见图 2)。

图2

设计研发思路

MAACPAK(又称 MA2CPAK)模块的研发始于模塑功率器件(MTP)解决方案，随后逐步迭代至 EMIPAK 平台，最终升级为当前的 MAACPAK 方案。与前代产品一致，MAACPAK 模块支持压接引脚，可实现无焊接安装。威世功率模块事业部市场营销总监克劳迪奥・达米拉诺(Claudio Damilano)在威世都灵博加罗工厂长期从事碳化硅功率模块研发工作，他阐述了 MAACPAK 模块的设计理念。

“EMIPAK 模块的设计已相当精简，核心组件仅包括直接覆铜基板(DBC)、引脚、有机硅凝胶及外壳 —— 若再移除任何部件，都会导致性能彻底受损。” 达米拉诺解释道，威世的研发目标是在不引入烧结等尖端工艺的前提下提升产品性能，因为这类工艺会大幅增加模块成本，使其难以适用于多数应用场景。

过多的技术革新同样可能导致模块失去实用性。“我们调研了多种技术方案，但最终发现直接覆铜基板仍是主流选择，引脚也不可或缺，因此研发优化的核心只能聚焦于外壳及有机硅凝胶等材料。”

MAACPAK 模块将分立器件领域常用的模塑封装技术引入功率模块制造，且摒弃了引线框架设计。正是这一设计改进，大幅提升了模块的可制造性 —— 引线框架与模塑封装均需配套复杂的工装设备，其变更往往耗时费力。“更换相关工装(如模具、切筋成型设备)并完成全流程重新认证，通常需要 6 至 9 个月的时间。”

威世依托其车规级功率模块生产基地的前沿技术，可满足工业领域的初始量产需求及未来汽车市场的大规模供货要求。目前，客户可通过威世样品申请平台及各大授权分销商获取产品样品，VS-MPX075P120 与 VS-MPY038P120 两款量产型号的交货周期为 13 周。

MAACPAK 模块的性能升级亮点

MAACPAK 模块的核心优势源于其模塑封装设计，具体实现了以下突破：

引脚位置与引脚间距灵活可调

缩短引脚总长度，降低寄生电感

优化热阻特性

减小印刷电路板(PCB)与散热器的安装间距

大幅提升冷热循环耐受能力

多数碳化硅功率模块因外壳结构限制，引脚间距固定不变;而 MAACPAK 模块打破这一局限，客户不仅可灵活调整引脚位置，还能自主设定引脚间距。

寄生电感的降低，直接释放了碳化硅器件的高速开关潜力。“这对碳化硅技术至关重要 —— 碳化硅的核心优势是高速开关，而寄生电感正是制约开关速度的关键因素。” 达米拉诺解释道，“若在寄生电感过高的情况下强行提升开关速度，会引发电压过冲现象，进而增加开关损耗、产生电磁干扰，甚至可能直接损坏芯片。” 更低的电感值使工程师能够充分发挥碳化硅的高速开关特性，且无需担忧可靠性问题，最终实现开关损耗降低及开关频率提升的双重效益。

传统功率模块对陶瓷直接覆铜基板的压力主要集中在模块边缘及单个中心受力点。由于模块内部填充的有机硅凝胶质地较软，会导致较薄的直接覆铜基板发生轻微形变，进而造成基板与散热器之间的导热硅脂分布不均。

MAACPAK 模块采用刚性塑料外壳设计，可将压力均匀分布于整个直接覆铜基板表面，使导热硅脂的涂布更均匀，从而降低整体结构的热阻。

与此同时，印刷电路板与散热器的安装间距缩短近 50%(见图 3)，助力功率转换系统实现小型化设计，而优化的机械支撑结构进一步提升了产品可靠性。

图3

威世对 MAACPAK 模块开展了间歇工作寿命(IOL)循环测试，测试结果显示，其寿命性能至少提升 7 倍。该测试通过反复执行 “模块上电升温 — 断电冷却” 的循环流程，模拟产品的实际工作工况。

测试采用更长的上电时长(通电 3 分钟、断电 5 分钟)，而非常规的秒级循环，以此对模块的深层封装结构施加更严苛的应力考验。“目前产品已完成 7000 小时的可靠性验证，且测试仍在持续进行中。” 研发团队在测试超过 7000 小时后暂时停止相关实验，“后续启动车规级认证时，我们将获取更多数据 —— 这些数据对于产品寿命建模至关重要。”

定制化方案支持

凭借低寄生电感与优异的热性能，MAACPAK 模块不仅适用于碳化硅功率器件，还可兼容二极管、晶闸管(SCR)及各类拓扑的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等器件。

威世已承接多项客户定制化需求。达米拉诺展示了一款定制化方案：该模块集成 8 颗 MOSFET(构成两个 H 桥拓扑)，设计为多模块并联于直流母线的应用形式，总 MOSFET 数量可达 16 颗，所有信号端子集中布局于印刷电路板一侧，功率输出端子则位于另一侧(见图 4)。该设计还将直流正、负极端子的走线布置在印刷电路板的同一层。

图4

未来，威世计划将半桥(2 模块)与 8 模块拓扑纳入标准产品序列。“理论上，所有适用于 EMIPAK-1B 封装的器件拓扑，均可移植到 MAACPAK 模块平台。” 达米拉诺表示。

他同时提醒，不同应用场景对爬电距离与电气间隙的要求存在差异。“部分工程师会通过涂覆三防漆的方式，规避爬电距离与电气间隙的设计限制。” 达米拉诺补充道，“即便客户需要 6 毫米的爬电距离，也无需排除 MAACPAK 模块方案 —— 我们可通过调整引脚布局满足需求，这类定制化设计已广泛应用于众多行业定制方案中。”

当前，MAACPAK 模块主要面向工业领域应用，包括焊接设备、直流 - 直流(DC/DC)转换器、不间断电源(UPS)、暖通空调(HVAC)系统及直流快充桩等。未来，威世将推出符合车规标准的 MAACPAK 模块，以满足纯电动汽车(EV)与混合动力汽车(HEV)的应用需求。