以下內(nèi)容發(fā)表在「SysPro電力電子技術(shù)」知識星球

- 關(guān)于Bosch PM6功率模塊平臺化方案深度解析

- 「SysPro電力電子技術(shù)」知識星球節(jié)選，非授權(quán)不得轉(zhuǎn)載

- 文字原創(chuàng)，素材來源：Bosch、網(wǎng)絡(luò)

- 本篇為節(jié)選，完整內(nèi)容會在知識星球發(fā)布，歡迎學(xué)習(xí)、交流

導(dǎo)語：在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，博世的PM6功率模塊堪稱業(yè)內(nèi)經(jīng)典，也是諸多新型半導(dǎo)體廠商研發(fā)時(shí)的核心對標(biāo)產(chǎn)品。就在這個(gè)月，富士電機(jī)已與博世也達(dá)成合作，聯(lián)合開發(fā)具備封裝兼容性的SiC功率半導(dǎo)體模塊。借此契機(jī)，將PM6的深度解析排上計(jì)劃，希望通過系統(tǒng)化的解構(gòu)其設(shè)計(jì)與思路，可以為行業(yè)同仁提供些參考。

這些年深有感受，功率模塊的競爭邏輯發(fā)生了一個(gè)非常關(guān)鍵的變化：過去靠"單點(diǎn)指標(biāo)領(lǐng)先"就能形成差異化，如今卻越來越難。原因很簡單——整車平臺在快速擴(kuò)展，功率等級、車型譜系、供應(yīng)鏈組合與量產(chǎn)節(jié)奏都在變化；與此同時(shí)，用戶對效率與體驗(yàn)的要求更高、系統(tǒng)功率密度不斷提升、工作溫度窗口持續(xù)拉大，最終把功率模塊推入一個(gè)"多目標(biāo)同時(shí)最優(yōu)"的時(shí)代。

于是，功率模塊必須同時(shí)滿足一整套看似互相矛盾的目標(biāo)：

電氣性能要更強(qiáng)：更低損耗、更好對稱性、更低振蕩傾向

熱性能要更強(qiáng)：更低熱阻、更強(qiáng)冷卻能力

體積要更小：更高功率密度

可靠性要更高：更強(qiáng)的熱—機(jī)械魯棒性

此外，還要支持不同功率等級的快速擴(kuò)展，最好做到"換功率不換逆變器"，讓冷卻器、PCB、直流母線連接、交流端單元與電流傳感等系統(tǒng)件的重設(shè)計(jì)工作量降到最低。也就是說，功率模塊不再只是一個(gè)"器件載體"，而是整個(gè)平臺的"系統(tǒng)杠桿"。

而博世PM6的核心價(jià)值，就在于用一套"平臺化結(jié)構(gòu)骨架"將這些沖突目標(biāo)統(tǒng)一起來：通過可靠對稱三維布局和明確的電感指標(biāo)...通過雙面銀燒結(jié)和夾心結(jié)構(gòu)...通過借助芯片數(shù)量/尺寸與冷卻器能力的組合調(diào)整....

圖片來源：Bosch

為了搞明白PM6的來龍去脈，我們按如下邏輯展開今天的話題：

先把，PM6的對稱布局、低電感設(shè)計(jì)和互連路線講明白，說清這些設(shè)計(jì)如何解決實(shí)際問題、帶來什么優(yōu)勢

然后，拆解夾心結(jié)構(gòu)、第二熱路徑等設(shè)計(jì)背后的可靠性邏輯

隨后，給出規(guī)范的對標(biāo)數(shù)據(jù)，直觀呈現(xiàn)體積、熱、電等核心指標(biāo)表現(xiàn)

最后，回歸終端用戶最關(guān)心的問題，解析平臺化如何在體積、擴(kuò)展成本、熱、電、可靠性五個(gè)維度形成閉環(huán)，支撐規(guī)模化量產(chǎn)

聊完上面這些，也會幫助我們更好理解：富士電機(jī)與博世合作，在技術(shù)層面的價(jià)值支撐，究竟是什么？

|SysPro備注：本文完整內(nèi)容正在電力電子知識星球中連載

圖片來源：Bosch

目錄

1. PM6平臺化構(gòu)建解決的核心問題

2. PM6設(shè)計(jì)之初的基本盤：對稱布局與低電感

3. 低電感+高對稱如何解決并聯(lián)振蕩痛點(diǎn)(知識星球發(fā)布)

4. PM6雙面銀燒結(jié)的互聯(lián)路線是什么？(知識星球發(fā)布)

5. 夾心結(jié)構(gòu)與第二熱路徑等設(shè)計(jì)如何保障高溫可靠性？(知識星球發(fā)布)

6. 低熱阻如何和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)"互相配合"？(知識星球發(fā)布)

7. 可擴(kuò)展設(shè)計(jì)：4/8/12芯片+冷卻器如何實(shí)現(xiàn)"換功率不換逆變器"?(知識星球發(fā)布)

8. PM6的核心商業(yè)價(jià)值（KPI）(知識星球發(fā)布)

|SysPro備注：本篇節(jié)選，完整解析在EE知識星球中發(fā)布

01

PM6平臺化構(gòu)建解決的核心問題

1.1 核心問題：多目標(biāo)沖突的工程現(xiàn)實(shí)

我們知道，功率模塊是整車電驅(qū)系統(tǒng)的"核心樞紐"，要同時(shí)承受高壓、高頻、高溫、高電流的考驗(yàn)，任何一個(gè)維度的要求升級，都會把其他維度推向極限，形成一連串的矛盾：

想讓開關(guān)速度更快、能量損耗更低，就得降低回路電感、保證布局對稱，否則會出現(xiàn)電壓過沖、電流振蕩，反而更難控制

想讓體積更小、功率密度更高，就得把電路和散熱路徑緊湊疊加，但這樣會增加熱應(yīng)力，裝配難度也會變大

想讓可靠性更高，不能只靠“用好材料”，還要從互連方式、熱與機(jī)械的匹配度上做系統(tǒng)性設(shè)計(jì)

想實(shí)現(xiàn)平臺化擴(kuò)展，不能每次換功率就重做冷卻器、PCB板和母排，否則系統(tǒng)開發(fā)成本會被無限拉高。

其實(shí)平臺化的核心不是"做出一個(gè)性能超強(qiáng)的模塊"，而是"做出一套能重復(fù)使用的結(jié)構(gòu)和接口體系"——不管是不同功率版本、不同應(yīng)用場景，都能在這套體系上快速適配，不用從零開始開發(fā)。

圖片來源：Bosch

1.2 PM6的破局思路：結(jié)構(gòu)骨架整合沖突

搞懂了矛盾的根源，PM6的解決策略我們就比較清晰了：

它不先追求某一個(gè)指標(biāo)的極致，而是先把影響最大的結(jié)構(gòu)變量固定為"平臺紅線"。這里面包括布局對稱性、回路電感水平、互連路線（要不要用焊料/鍵合）、熱路徑形態(tài)（單路徑還是雙路徑），以及熱與機(jī)械的匹配方式。

這樣做的好處很明顯：后續(xù)不管是增加芯片數(shù)量、更換芯片尺寸，還是調(diào)整冷卻器，平臺都有一套穩(wěn)定的"底盤"支撐，不會變成每個(gè)項(xiàng)目都要從頭設(shè)計(jì)的重復(fù)勞動(dòng)。

圖片來源：Bosch

02

PM6設(shè)計(jì)之初的基本盤：對稱布局與低電感

2.1 核心指標(biāo)：LPM與LG的硬要求

看明白了博世關(guān)于PM6的設(shè)計(jì)理念，發(fā)現(xiàn)PM6明確把兩類回路電感定為硬性目標(biāo)，還把"對稱布局"和這兩個(gè)目標(biāo)一起，列為平臺的核心骨架：

主功率回路電感：LPM< 4 nH

門極回路電感：LG< 25 nH

|SysPro備注，這里要重點(diǎn)理解的是：

主功率回路電感決定了開關(guān)瞬間的電壓過沖和能量回灌幅度，門極回路電感則影響柵極驅(qū)動(dòng)的速度、穩(wěn)定性和抗干擾能力。把這兩個(gè)指標(biāo)寫死為"紅線"，意味著后續(xù)不管怎么調(diào)整功率、更換部件，都必須圍繞"低電感"和"一致性"來設(shè)計(jì)——這對多芯片并聯(lián)的場景尤其重要。

圖片來源：Bosch

|SysPro備注：

LPM= Power Module 主功率回路電感，也常被叫做“主換流回路電感/主功率環(huán)路電感”，可以簡單理解為：電流真正"干活"的那條大電流回路里的寄生電感總量。

回路范圍：DC+ → 上管/下管（芯片）→ DC?，以及與之閉合的直流母線/電容回路（模塊內(nèi)部的關(guān)鍵電流換流路徑）

關(guān)斷/開通瞬間的電壓過沖：ΔV≈LPM?didt，因此LPM 越大，di/dt 一上去，V 尖峰就越高，同時(shí)LPM 與回路寄生電容一起形成諧振，容易出振鈴；此外，當(dāng)多芯片并聯(lián)時(shí)，若各支路等效電感不一致，更容易電流搶占與不穩(wěn)定。

->LPM 管的是：主電流切換時(shí)的電壓尖峰、振鈴、并聯(lián)穩(wěn)不穩(wěn)

LG= Gate Loop 柵極回路電感（門極驅(qū)動(dòng)回路的寄生電感），可以理解為：驅(qū)動(dòng)器把開關(guān)指令送到芯片柵極的那條小電流回路里的電感。

回路范圍：Driver 輸出 → Gate 引腳/鍵合/走線 → 芯片柵極 → Source/Emitter 返回 → Driver 回路閉合

-> LG 管的是：柵極指令能不能穩(wěn)定送達(dá)、會不會被主回路噪聲帶著一起振

圖片來源：SysPro（以上結(jié)構(gòu)非PM6，僅用于說明）

2.2 對稱布局：并聯(lián)一致性的基礎(chǔ)

在以降低電感為應(yīng)要求的基礎(chǔ)上，PM6在多芯片布局上也下了功夫。

我們知道，多芯片并聯(lián)最怕的不是芯片數(shù)量多，而是每個(gè)芯片的工作環(huán)境不一樣。如果并聯(lián)支路的寄生參數(shù)（比如電感、電阻）不一致，開關(guān)瞬間電流會優(yōu)先流向"阻力小的路徑"，導(dǎo)致部分芯片電流過載、應(yīng)力升高，還容易引發(fā)振蕩。

為此，PM6對稱布局的核心目的是：讓每個(gè)并聯(lián)支路的路徑長度、寄生參數(shù)都一致，讓多個(gè)芯片“像一個(gè)整體一樣工作”，從源頭避免并聯(lián)帶來的不確定性。

2.3 三維布局：小體積下的參數(shù)優(yōu)化

(知識星球發(fā)布)

搞懂了對稱布局的重要性，再來看看PM6的三維布局和背后的思考：...

圖片來源：Bosch

03

低電感+高對稱如何解決并聯(lián)振蕩痛點(diǎn)

3.1 PM電氣設(shè)計(jì)核心邏輯：結(jié)構(gòu)→參數(shù)→穩(wěn)定性(知識星球發(fā)布)

3.2 量化判據(jù)：振蕩傾向的衡量標(biāo)準(zhǔn)(知識星球發(fā)布)

3.3 對標(biāo)數(shù)據(jù)：性能差異直觀呈現(xiàn)(知識星球發(fā)布)

3.4 過渡：電氣穩(wěn)定后的可靠性考量(知識星球發(fā)布)

圖片來源：Bosch

04

PM6雙面銀燒結(jié)的互聯(lián)路線

4.1 路線核心：可靠性邏輯的升級(知識星球發(fā)布)

4.2 雙面燒結(jié)：電流與散熱的均衡(知識星球發(fā)布)

4.3 去鋁鍵合：主電流路徑的穩(wěn)健性(知識星球發(fā)布)

圖片來源：Bosch

05

夾心結(jié)構(gòu)與第二熱路徑等設(shè)計(jì)如何保障高溫可靠性？

5.1 核心目標(biāo)：高溫與長期穩(wěn)定性(知識星球發(fā)布)

5.2 關(guān)鍵設(shè)計(jì)：第二熱路徑與熱容緩沖(知識星球發(fā)布)

5.3 CTE匹配：化解熱脹冷縮矛盾(知識星球發(fā)布)

06

低熱阻如何和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)"互相配合"？

6.1 核心關(guān)鍵：功率路徑的合理布置(知識星球發(fā)布)

6.2 目標(biāo)統(tǒng)一：低熱阻與可靠性協(xié)同(知識星球發(fā)布)

圖片來源：Bosch

07

可擴(kuò)展設(shè)計(jì)：4/8/12芯片+冷卻器如何實(shí)現(xiàn)"換功率不換逆變器"?

7.1 芯片+冷卻器的旋鈕式設(shè)計(jì)(知識星球發(fā)布)

7.2 核心收益：減少系統(tǒng)級重設(shè)計(jì)(知識星球發(fā)布)

7.3 靈活適配：連接方案的多場景兼容(知識星球發(fā)布)

圖片來源：Bosch

08

PM6的核心商業(yè)價(jià)值（KPI）

(知識星球發(fā)布)

電性能、熱性能、功率密度、可拓展性、成本、可靠性...

圖片來源：Bosch

09 總結(jié)

(知識星球發(fā)布)

...

圖片來源：SysPro上海車展拍攝

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2025年12月26日

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