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

- 關(guān)于Bosch PM6功率模塊平臺(tái)化方案深度解析

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

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

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

導(dǎo)語(yǔ)：在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，博世的PM6功率模塊堪稱(chēng)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(duì)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(kāi)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(guò)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。

圖片來(lái)源：SysPro上海車(chē)展拍攝

這些年深有感受，功率模塊的競(jìng)爭(zhēng)邏輯發(fā)生了一個(gè)非常關(guān)鍵的變化：過(guò)去靠"單點(diǎn)指標(biāo)領(lǐng)先"就能形成差異化，如今卻越來(lái)越難。原因很簡(jiǎn)單——整車(chē)平臺(tái)在快速擴(kuò)展，功率等級(jí)、車(chē)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(duì)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(duì)稱(chēng)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(jí)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(shuō)，功率模塊不再只是一個(gè)"器件載體"，而是整個(gè)平臺(tái)的"系統(tǒng)杠桿"。

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

圖片來(lái)源：Bosch

為了搞明白PM6的來(lái)龍去脈，我們按如下邏輯展開(kāi)今天的話題：

先把，PM6的對(duì)稱(chēng)布局、低電感設(shè)計(jì)和互連路線講明白，說(shuō)清這些設(shè)計(jì)如何解決實(shí)際問(wèn)題、帶來(lái)什么優(yōu)勢(shì)

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(duì)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(wèn)題，解析平臺(tái)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)?；慨a(chǎn)

聊完上面這些，也會(huì)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(shí)星球中連載

圖片來(lái)源：Bosch

目錄

1. PM6平臺(tái)化構(gòu)建解決的核心問(wèn)題

2. PM6設(shè)計(jì)之初的基本盤(pán)：對(duì)稱(chēng)布局與低電感

3. 低電感+高對(duì)稱(chēng)如何解決并聯(lián)振蕩痛點(diǎn)(知識(shí)星球發(fā)布)

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

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

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

01

PM6平臺(tái)化構(gòu)建解決的核心問(wèn)題

1.1 核心問(wèn)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(chē)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(jí)，都會(huì)把其他維度推向極限，形成一連串的矛盾：

想讓開(kāi)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(duì)稱(chēng)，否則會(huì)出現(xiàn)電壓過(guò)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(huì)增加熱應(yīng)力，裝配難度也會(huì)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(tái)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(kāi)發(fā)成本會(huì)被無(wú)限拉高。

其實(shí)平臺(tái)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(chǎng)景，都能在這套體系上快速適配，不用從零開(kāi)始開(kāi)發(fā)。

圖片來(lái)源：Bosch

1.2 PM6的破局思路：結(jié)構(gòu)骨架整合沖突

搞懂了矛盾的根源和目標(biāo)，PM6的解決策略我們就比較清晰了：

它不是追求某一個(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(tái)紅線"。這里面包括

布局紅線：全系列保持對(duì)稱(chēng)三維布局，確保多芯片并聯(lián)一致性

電感紅線：主功率回路電感 LPM<4nH，門(mén)極回路電感 LG<25nH

互連紅線：采用無(wú)焊料、無(wú)鋁鍵合的雙面銀燒結(jié)工藝

熱路徑紅線：夾心結(jié)構(gòu) + 雙熱路徑設(shè)計(jì)，搭配CTE 匹配間隔件

接口紅線：統(tǒng)一封裝外形與機(jī)械接口，支持不同連接方式兼容

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(tái)都有一套穩(wěn)定的"底盤(pán)"支撐，不會(huì)變成每個(gè)項(xiàng)目都要從頭設(shè)計(jì)的重復(fù)勞動(dòng)。

據(jù)博世公開(kāi)資料，基于這套紅線設(shè)計(jì)，PM6 可實(shí)現(xiàn)4-12 顆芯片的靈活配置，芯片尺寸覆蓋20-40mm2，配合銅 / 鋁冷卻器，能在同一封裝下實(shí)現(xiàn) 200-800ARMS 的功率擴(kuò)展。

圖片來(lái)源：Bosch

02

PM6設(shè)計(jì)之初的基本盤(pán)：對(duì)稱(chēng)布局與低電感

2.1 核心指標(biāo)：LPM與LG的硬要求

深入研究博世關(guān)于 PM6 的設(shè)計(jì)文檔發(fā)現(xiàn)，PM6明確把兩類(lèi)回路電感定為硬性目標(biāo)，還把"對(duì)稱(chēng)布局"和這兩個(gè)目標(biāo)一起，列為平臺(tái)的核心骨架：

主功率回路電感：LPM< 4 nH

門(mén)極回路電感：LG< 25 nH

那么，如何實(shí)現(xiàn)這一核心目標(biāo)呢？

|SysPro備注，這里要重點(diǎn)理解的是：

這兩條指標(biāo)看似只是"電感小一點(diǎn)"，但它們實(shí)際上對(duì)應(yīng)的是功率模塊最核心的兩類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)：

一類(lèi)是，開(kāi)關(guān)瞬態(tài)的過(guò)沖與振鈴（決定你敢不敢快開(kāi)快關(guān)）

另一類(lèi)是，驅(qū)動(dòng)指令的穩(wěn)定送達(dá)與抗干擾能力（決定你能不能把器件穩(wěn)定地“開(kāi)好、關(guān)好”）

把這兩個(gè)指標(biāo)寫(xiě)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(lái)設(shè)計(jì)——這對(duì)多芯片并聯(lián)的場(chǎng)景尤其重要。

圖片來(lái)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(jiǎn)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(kāi)通瞬間的電壓過(guò)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(mén)極驅(qū)動(dòng)回路的寄生電感），可以理解為：驅(qū)動(dòng)器把開(kāi)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(huì)不會(huì)被主回路噪聲帶著一起振

圖片來(lái)源：SysPro（以上結(jié)構(gòu)非PM6，僅用于說(shuō)明）

2.2 對(duì)稱(chēng)布局：并聯(lián)一致性的基礎(chǔ)

在"低電感"這條紅線之上，PM6 做的第一件事，就是把多芯片并聯(lián)的"一致性"用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)先鎖死。

為了把這個(gè)邏輯講清楚，可以把 PM6 放回逆變器系統(tǒng)里，從系統(tǒng)級(jí) → 模塊級(jí) → 器件級(jí)依次拆開(kāi)：

系統(tǒng)級(jí)：三相不是"一個(gè)大模塊"，而是"三塊一致的積木"

三相逆變并不是一個(gè)"巨大的模塊"，而是由三個(gè)完全一致的半橋功率模塊并排組成（U / V/ W 三相各一塊）。結(jié)合下圖可以看到，PM6 把這一單元的外形/安裝接口做成標(biāo)準(zhǔn)化（例如約140 mm × 63 mm的封裝輪廓），這一步的本質(zhì)是：先把三相的"積木塊"定義清楚，后面無(wú)論換芯片數(shù)量、換冷卻器能力，盡量不動(dòng)系統(tǒng)級(jí)接口，從而避免牽一發(fā)動(dòng)全身的系統(tǒng)返工（冷卻器、PCB、母排、安裝面等。

圖片來(lái)源：Bosch圖片來(lái)源：Bosch

模塊級(jí)：?jiǎn)螇K PM6 內(nèi)部對(duì)應(yīng)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)半橋（B2）

進(jìn)一步拆開(kāi)單塊 PM6內(nèi)部，如下圖，它對(duì)應(yīng)的是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的半橋（B2）：上橋臂 HS + 下橋臂 LS + 中間相點(diǎn)（Phase node）。這一步很關(guān)鍵，因?yàn)樗选皩?duì)稱(chēng)”的對(duì)象明確化：PM6 的對(duì)稱(chēng)不是抽象概念，而是圍繞半橋的兩條主路徑展開(kāi)——HS 與 LS 的功率回路要盡可能鏡像/等長(zhǎng)，從而讓兩側(cè)在開(kāi)關(guān)瞬態(tài)看到的等效寄生參數(shù)盡量一致。

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器件級(jí)：對(duì)稱(chēng) +一致性，直接服務(wù)并聯(lián)電流分配與穩(wěn)定性

當(dāng)半橋內(nèi)部存在多芯片并聯(lián)時(shí)，真正可怕的從來(lái)不是"芯片數(shù)量多"，而是"每顆芯片所處的電氣環(huán)境不一樣"。一旦并聯(lián)支路的寄生參數(shù)（R/L）不一致，開(kāi)關(guān)瞬間電流就會(huì)優(yōu)先走"阻力最小的路徑"，帶來(lái)一連串連鎖反應(yīng)：

某些 die 電流先沖上去，電熱應(yīng)力更高

電流分配不均會(huì)放大振鈴與自激振蕩風(fēng)險(xiǎn)

工程上不得不靠更大的柵極電阻、更保守的開(kāi)關(guān)速度去“壓制問(wèn)題”，效率與成本一起受影響

圖片來(lái)源：Bosch

因此 ，PM6 強(qiáng)調(diào)"對(duì)稱(chēng)"的工程意義非常具體了：

HS 與 LS 的功率回路幾何路徑盡量鏡像/等長(zhǎng)

并聯(lián)芯片分支的寄生參數(shù)（R/L）盡可能一致

這樣的好處是：并聯(lián)電流分配更均勻，自激振蕩傾向更低。

到這里，"對(duì)稱(chēng)"與"低電感"就形成了閉環(huán)：對(duì)稱(chēng)保證一致性，低電感壓住瞬態(tài)能量；一致性 + 低電感，才是并聯(lián)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

2.3 三維布局：小體積下的參數(shù)優(yōu)化

(知識(shí)星球發(fā)布)

當(dāng)功率密度越來(lái)越高，只靠平面縮短走線，很快會(huì)遇到瓶頸：你可以把路徑做短，但很難同時(shí)把環(huán)路面積壓到足夠??；也很難在緊湊空間內(nèi)，把門(mén)極/信號(hào)回路從強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域隔離出去。

PM6 強(qiáng)調(diào)的Symmetrical 3D layout本質(zhì)上是在同時(shí)滿足兩件“互相打架”的事情：

把功率回路環(huán)路面積壓到很?。ㄖ?LPM 紅線）

同時(shí)把信號(hào)/門(mén)極回路從強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域"抬出去/分層隔離"（降低耦合、支撐 LG 紅線）。

換句話說(shuō)，三維疊層并不是為了“看起來(lái)很酷”，而是為了在不改變系統(tǒng)接口的前提下，把功率路徑與信號(hào)路徑的空間關(guān)系做成可控的工程約束：

功率層盡量貼合、路徑短且對(duì)稱(chēng)

信號(hào)層盡量遠(yuǎn)離強(qiáng) di/dt 區(qū)域，降低磁耦合與串?dāng)_

這樣，平臺(tái)后續(xù)做功率擴(kuò)展時(shí)，才能在結(jié)構(gòu)骨架不變的情況下維持低 LPM、低 LG 的一致性。進(jìn)一步放大上圖，我們來(lái)進(jìn)一步感受下BOSCH強(qiáng)調(diào)的對(duì)稱(chēng)+3D (Symmetrical 3D layout)的設(shè)計(jì)理念。

圖片來(lái)源：Bosch

以上就是PM6 在電氣側(cè)的“基本盤(pán)”：低電感的紅線 + 對(duì)稱(chēng)一致性的結(jié)構(gòu)骨架 + 三維疊層的空間實(shí)現(xiàn)方式。但工程師最關(guān)心的問(wèn)題還沒(méi)有真正被回答：這些紅線究竟如何進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為“并聯(lián)更穩(wěn)、振蕩更少”的可驗(yàn)證結(jié)論？——這正是第 3 章要展開(kāi)的核心。

03

低電感+高對(duì)稱(chēng)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(shí)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(shí)星球發(fā)布)

3.3 對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)：性能差異直觀呈現(xiàn)

(知識(shí)星球發(fā)布)

3.4 過(guò)渡：電氣穩(wěn)定后的可靠性考量

(知識(shí)星球發(fā)布)

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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(jí)

(知識(shí)星球發(fā)布)

4.2 雙面燒結(jié)：電流與散熱的均衡

(知識(shí)星球發(fā)布)

4.3 去鋁鍵合：主電流路徑的穩(wěn)健性

(知識(shí)星球發(fā)布)

圖片來(lái)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(zhǎng)期穩(wěn)定性

(知識(shí)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(shí)星球發(fā)布)

5.3 CTE匹配：化解熱脹冷縮矛盾

(知識(shí)星球發(fā)布)

圖片來(lái)源：BOSCH

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(shí)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(shí)星球發(fā)布)

圖片來(lái)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(shí)星球發(fā)布)

7.2 核心收益：減少系統(tǒng)級(jí)重設(shè)計(jì)

(知識(shí)星球發(fā)布)

7.3 靈活適配：連接方案的多場(chǎng)景兼容

(知識(shí)星球發(fā)布)

圖片來(lái)源：Bosch

08

PM6的核心商業(yè)價(jià)值（KPI）

(知識(shí)星球發(fā)布)

電性能、熱性能、功率密度、可拓展性、成本、可靠性...

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09 總結(jié)

(知識(shí)星球發(fā)布)

...

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2026年1月12日晚 二次更新

圖片來(lái)源：SysPro上海車(chē)展拍攝

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