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- 關于全球十大車規級功率模塊封裝 · 全景解析，共19500字- 文字原創，素材來源：各器件廠商信息，第二次更新

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導語：在新能源汽車和智能電動化的時代背景下，功率半導體作為"能源轉換與能量驅動的心臟”，正在迎來前所未有的發展機遇。無論是驅動電機逆變器、車載充電機（OBC）、機器人模組、數據中心，都需要功率半導體模塊來實現高效、可靠的能量傳遞。而在這些模塊中，封裝技術起著至關重要的作用。它不僅決定了器件的電性能和熱性能，還直接關系到系統的可靠性、成本與壽命。

目前，車規級功率半導體模塊封裝正呈現出多元化的發展趨勢。既有Infineon HybridPACK系列代表的HPD封裝，也有Direct Cooled Module (DCM)為代表的直冷方案，還有Tesla的TPAK、致瞻等中國廠商的ZPAK、以及博世的PM6、Danfoss eMPACK，都在不同的場景中展示了獨特的技術路徑。此外，新興的芯片內嵌PCB封裝、混合芯片封裝，則代表了未來高集成度與輕量化方向。其背后的思考遠超越技術本身，更關乎整車的平臺化戰略、供應鏈安全與終極成本控制。

圖片來源：SysPro

為觀全局，今天我們對車規級功率模塊封裝技術進行一次的全景式深度剖析。我們將以十大典型封裝為經緯，逐一拆清它們的結構特征、拓撲組織方式、冷卻與互連思路、優劣勢與系統級最優戰場，希望你看完能對車規功率封裝的技術生態形成一張清晰的“全景地圖”。

目錄

上篇

01 HPD封裝：HybridPACK Drive系列

02 DCM封裝：DCM1000系列

03 TPAK 單管模封路線：特斯拉案例★

04 ZPAK 半橋平臺化模封：致瞻科技案例★

05 eMPack 三維重疊平臺：賽米控丹佛斯路線★

下篇

06 PM6 平臺化封裝：博世路線★

07 芯片內嵌 PCB 封裝：舍弗勒、采埃孚、麥格納、保時捷★

08 SiC+Si混碳融合封裝：英飛凌、匯川、小鵬、舍弗勒★

09 分立器件封裝：TO-247 系列★

10 總結：車規功率封裝的"熱—電—可靠—平臺化"演進規律

| SysPro備注：本文節選，完整內容在知識星球中發布★

01

HPD 平臺化封裝：HybridPACK Drive系列

——主驅通用平臺

首先我們來看看HPD封裝的整體結構，這也是最常見的一種封裝結構。HPD，即Hybrid Power Drive，典型代表就是HybridPACK Drive系列，是 Infineon 專門為新能源汽車電驅系統設計的典型功率半導體封裝方案。

圖片來源：SysPro

1.1 結構特點

從外觀上看，HybridPACK Drive 模塊呈現矩形平面化設計，模塊內部采用了銅基板（Cu baseplate）+ Si?N?陶瓷+ 芯片 + 鍵合互連 + 引線框架 + 外部封裝的典型堆疊結構。這種分層結構保證了在有限的空間內實現高電流承載能力與良好的散熱路徑。

簡單一句話概括HPD封裝的目標，實現：功率密度與模塊擴展性之間的平衡。HPD 模塊的設計思路就是要在一塊中等尺寸的功率模塊上，既能夠支持高功率（100~300 kW）驅動逆變器，又能保證模塊化并聯擴展的靈活性。

換句話說，HPD 封裝不是單點突破，而是一種通用型電驅模塊平臺。

圖片來源：Infineon

1.2 拓撲形式

了解了結構，我們再來看HPD 模塊的拓撲形式。

HPD 模塊典型的內部拓撲是三相逆變器結構，每相包含上下橋臂器件（IGBT 或 SiC MOSFET），并集成相應的續流二極管（SiC 模塊則為體二極管）。這種拓撲幾乎是電動汽車驅動逆變器的標準。

具體來說：

三相橋臂：共 6 個功率開關器件

直流母排：正極和負極母排通過模塊引出端口直接連接

母排設計：采用疊層母排（laminated busbar），以降低寄生電感

電流路徑：短而對稱，保證電流分布均勻

傳感集成：部分 HPD 模塊內置電流傳感或溫度監測接口

我們可以用一個簡化示意圖來表示 HPD 內部的拓撲：

圖片來源：Infineon

|SysPro備注，這里簡述下拓撲為什么重要？

主要原因在于：拓撲直接決定了器件布局、電感大小、開關損耗以及系統效率。例如，HPD 采用疊層母排與模塊化橋臂結構，大大降低了寄生電感，使得其在高速開關的SiC MOSFET應用中依然能夠保持低電磁干擾。因此，拓撲不僅是“內部電路圖”，更是封裝能否支撐未來高頻、高效、緊湊逆變器的關鍵。

1.3 冷卻方式

接下來我們要講的是散熱，也就是HPD 模塊的冷卻方式。

對于功率半導體模塊來說，熱是壽命的最大敵人。HPD 模塊典型的冷卻方式是底板冷卻（baseplate cooling），也就是通過模塊底部與冷卻水道或冷卻板直接接觸，將熱量帶走。

它的關鍵點在于：

DBC 陶瓷材料選擇：常見的是 Al?O?（低成本）和 Si?N?（高導熱率，機械可靠性好）

焊料層優化：通過低空洞率焊接工藝減少熱阻

銅底板厚度：典型值 2~3 mm，兼顧導熱與機械強度

冷卻水道設計：通常采用微通道水冷板，水流直接帶走熱量

下表給出不同 DBC 材料的對比：

圖片來源：SysPro

這里我們需要重點關注的是：冷卻方式決定了模塊的持續工作電流能力。比如，同樣是 IGBT 模塊，如果采用 Si?N? 基板+液冷水道，其電流容量可以比 Al?O? 空冷方案提升 20%~30%。因此，HPD 模塊的散熱能力直接支撐了其在 300 kW 級電驅動中的應用。

1.4 其他技術特點

除了上面講的結構、拓撲和散熱，HPD 模塊還有一些“隱性”的技術亮點。

低寄生電感設計：例如，母排層疊結構、內部引線短而對稱、典型寄生電感低于 10 nH

先進鍵合技術：從傳統鋁絲鍵合轉向+ 銅絲鍵合/釬焊 sintering，提升功率循環壽命，從 10? 次提升到 10? 次級別

芯片并聯一致性：模塊內部往往需要多顆 IGBT 或 SiC 芯片并聯，HPD 封裝通過精確的電流路徑設計保證均流

可擴展性：同一封裝外殼可以放置不同電壓等級、不同芯片材料的元件，為客戶提供設計靈活性

圖片來源：Infineon

1.5 典型案例

最后我們來看幾個典型案例，說明HPD 模塊到底用在什么地方呢？

它主要應用于新能源汽車驅動逆變器。HPD 模塊適合功率范圍 100–300 kW，這正好覆蓋主流電驅動的需求。如下幾個典型應用案例：

大眾 MEB 平臺：

使用 Infineon HybridPACK Drive IGBT 模塊

功率約 150–200 kW

冷卻方式為水冷板直冷

支撐了 ID.4、ID.6 等車型

現代 IONIQ 5：

采用 Infineon HybridPACK Drive SiC 版本

電壓 800 V，提升快充與高效率性能

在 WLTP 工況下效率提升約 3–5%

保時捷 Taycan：

雙電機四驅系統，前后橋均采用模塊化逆變器

選用 SiC HybridPACK Drive

在高功率工況下仍能保證散熱與效率

圖片來源：SysPro

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02

DCM封裝：DCM1000

——冷卻結構做進底板

在講完了 HPD 封裝之后，我們接下來看另一類代表性的模塊——DCM（Direct Cooled Module）。顧名思義，DCM 的最大特點就是直接冷卻，典型代表就是Danfoss的DCM1000 系列。

2.1 結構特點

它的核心特點是去基板化+直接冷卻。

它采用了直冷baseplate（內置流道）+熱阻鏈路縮短/換熱增強工藝手段：將功率芯片通過銀燒結工藝直接連接在一個一體化加工的、內部嵌有精密微通道的銅質冷卻底板上。芯片與冷卻液之間僅隔著一層薄薄的燒結層和銅底板壁，創造了最短的可能散熱路徑。|SysPro備注，Danfoss為此起了個比較牛的名字 ——ShowerPower 3D cooling。

圖片來源：Danfoss

我們通過一張表來說明HPD和DCM結構分層對比：

圖片來源：SysPro

這里面我們需要關注的重點是：少了一層銅底板，熱流路徑縮短，所以散熱效率大幅提升。此外，DCM 封裝通常體積更薄、更緊湊，能適應空間受限的電驅動總成。

2.2 拓撲形式

DCM 平臺面向電驅逆變器應用，是一個“可定制功率模塊平臺”的定位；其技術平臺可覆蓋不同半導體組合（Si、Si+SiC、全SiC等），并非只限定單一拓撲。核心采用對稱半橋架構，集成高性能 SiC MOSFET 與 SiC 肖特基二極管，充分釋放寬禁帶半導體的技術優勢。

圖片來源：HITACHI

通過優化內部布線與封裝布局，大幅降低雜散電感，為高頻、高效開關創造條件。SiC 器件的共源共柵集成設計，實現了功率回路與驅動回路的解耦，提升信號完整性。

2.3 冷卻方式

其實，DCM 的名字已經暗示了它的核心優勢——直接冷卻，這也是DCM的名片：ShowerPower 3D cooling

傳統方式：功率模塊的熱量要先經過銅底板再傳導到冷卻板，等效熱阻約為 0.1~0.2 K/W。

DCM 方式：芯片熱量幾乎直接傳導至冷卻板，等效熱阻可降低至 0.05 K/W 以下。

圖片來源：SysPro

那么，冷卻效率提升意味著什么呢？意味著在同樣的水冷條件下，DCM 模塊能承受更大的電流、更高的功率。

圖片來源：Danfoss

2.4 其他技術特點

除了上面講的結構、拓撲和散熱，DCM 模塊還有一些其他技術亮點：

模塊厚度薄：DCM 模塊厚度可控制在 5 mm 左右，比傳統模塊薄 30% 以上

寄生電感極低：封裝高度降低，電流路徑更短，典型寄生電感 < 5 nH

更適合 SiC 器件：高頻高速開關下，低電感與高散熱能力正好發揮 SiC 特性

工藝挑戰：去掉銅底板后，機械應力管理更困難，需要高可靠性的 DBC 基板

2.5 應用場景與典型案例

DCM 模塊適合用于以下幾大場景：

高性能電動車驅動逆變器（800 V 平臺）

賽車與超級跑車電驅動

商用車大功率電驅動（對散熱要求極高）

圖片來源：Danfoss

與此對應的典型案例有：

Danfoss DCM1000：直接冷卻模塊，額定電流 1000 A，電壓 1200 V，采用 SiC MOSFET，主要用于巴士與卡車驅動逆變器。

Hitachi Automotive：為日本電動巴士項目開發直冷模塊，散熱能力提高約 20%。

圖片來源：HITACHI

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03

TPAK 單管模封路線：特斯拉案例

——積木化開關單元

TPAK 的底層邏輯，是把主驅逆變器的功率開關從"一個大模塊"拆成"很多個強一致的小開關積木"，用數量換布局自由度，用結構扁平化換低寄生與可制造。

其實TPAK 并不是傳統意義上由國際大廠標準化定義的量產型封裝，而是特斯拉在電動車逆變器和驅動模塊中獨立推進的功率半導體模塊封裝方案，這也是我們大多數人了解Tpak的初始。它的最大特點就是：高度集成化、扁平化、針對車規應用場景的定制優化。

圖片來源：TESLA

3.1 結構特點

下面我們先聊聊結構。

TPAK 這條路線的典型結構關鍵詞就三個：模封 + 銅引線框架 + 絕緣基板（DBC）。你可以把它理解成：...（知識星球發布）

這個是什么意思呢？它其實是為了解決兩個非常現實的問題：...（知識星球發布）

同時，這條路線還會把芯片連接做成更"抗循環"的形式：比如用銀基連接把芯片固定在基板上，目的是在熱循環與功率循環里保持界面更穩定。|SysPro備注，相關文章：電動汽車驅動系統IGBT可靠性與壽命估算指南

3.2 拓撲形式

|SysPro備注：這里先說明個基本概念，在功率模塊里，拓撲不是電路圖，拓撲是"幾何結構"——你怎么擺、怎么走線、怎么出端子，會直接決定你能把寄生壓到什么程度。

TPAK封裝模塊通常為單開關或半橋（2-in-1）拓撲，作為一個獨立的、高性能的開關單元使用：

單個模塊承擔一個開關單元（你可以理解為"單管積木"或"半橋積木"中的一半）

逆變器的一個"開關位置"，往往是多個模塊并聯去承載電流

最終用很多個積木（六個半橋）拼成完整的三相逆變器

圖片來源：網絡

這個拼裝思路的意義在于：...（知識星球發布）

3.3 冷卻方式(知識星球發布)…

3.4 其他技術特點(知識星球發布)...

3.5 應用場景與典型案例(知識星球發布)...

|SysPro備注，更多閱讀：

第一性原理在Tesla逆變器中是如何應用的？20年路、4代產品、2種封裝、1種方案

圖片來源：SystemPlus

04

ZPAK 半橋平臺化封裝：致瞻科技案例

——半橋積木+磚級集成

(知識星球發布)

ZPAK 是近年來由國內功率模塊廠商和主機廠共同探索的一種新型封裝，之前我們再在致瞻科技的案例解讀中提到過：|SysPro備注，更多閱讀：大道至簡、回歸本源，如何以第一性原理洞見電驅功率模塊的未來？| ZPAK背后的底層思考

其實，其底層邏輯也很簡單，可以簡單理解成再TPAK上的衍生：

保留積木化擴展性，但把積木從單管升級成半橋，并把系統級集成（母線電容、冷卻、驅動、傳感）一起納入封裝邊界，從而把體積和裝配復雜度一起壓下去。

圖片來源：致瞻科技

4.1 結構特點(知識星球發布)...

4.2 拓撲形式(知識星球發布)...

圖片來源：致瞻科技

4.3 冷卻方式(知識星球發布)...

4.4 其他技術特點(知識星球發布)...

4.5 應用場景(知識星球發布)...

圖片來源：致瞻科技

下篇

05

05 eMPack 三維重疊平臺：賽米控丹佛斯路線

——疊層端子+低高度連接

(知識星球發布)

開始前，我們先聊聊eMPack 的底層邏輯。

Danfoss做這款模塊的初衷：把電流去程與回程盡可能重疊，把磁場抵消效果拉滿；再把模塊到母線電容的連接從"螺絲"改成"焊接"，把雜散電感、接觸電阻、裝配高度一起壓下去，服務 800V 主驅里高速開關 + 大電流 + 高可靠 + 易裝配的組合目標。

5.1 結構特點(知識星球發布)...

圖片來源：Semikron Danfoss

5.2 拓撲形式(知識星球發布)...

|SysPro備注，關于eMPack三電平應用，這點我們再之前的文章中有系統性做過解讀，詳細的關于EMPACK的內部結構的映射關系會在專題中說明，這里不再展開，關于多電平方案大家可以看這個解讀：

多電平逆變器的全景解析：2L/3L概念與原理、硬件架構、控制算法、電容設計、系統應用與價值

圖片來源：Dana

5.3 冷卻方式(知識星球發布)...

5.4 其他技術特點(知識星球發布)...

5.5 應用場景與典型案例(知識星球發布)...

圖片來源：Semikron Danfoss

|SysPro備注，這里我們先做簡述，后續會做個專題展開講講里面的細節

06

PM6平臺化封裝：博世案例

——對稱低寄生+可拓展化平臺

(知識星球發布)

博世的PM6功率模塊，堪稱業內經典，也是諸多新型半導體廠商研發時的核心對標產品。例如25年底，富士電機與博世也達成合作，聯合開發具備封裝兼容性的SiC功率半導體模塊。我們曾系統化的解構過PM6的設計與思路，這里再做個簡要概述：博世PM6功率模塊平臺化方案全景解析：拓撲結構、三維布局、燒結/互聯、AMB+DBC，這里再做個簡要概述。

6.1 結構特點(知識星球發布)...

6.2 拓撲形式(知識星球發布)...

6.3 冷卻方式(知識星球發布)...

6.4 其他技術特點(知識星球發布)...

6.5 應用場景(知識星球發布)...

圖片來源：SysPro上海車展拍攝

|SysPro備注，關于類似PM6封裝結構的還有理想汽車自研的功率模塊，我們從其結構、拓撲、冷卻、技術特點、應用場景到典型案例進行深入解讀，感興趣的朋友可以先行查閱星球中相關技術資料，獲取（關鍵字：理想自研）：理想汽車LPM高壓SiC功率模塊技術深度解析

圖片來源：理想汽車圖片來源：理想汽車

07

芯片內嵌PCB封裝：舍弗勒、采埃孚、麥格納、保時捷

——功率芯片做到板中的低電感、高集成

(知識星球發布)

關于芯片內嵌PCB封裝技術與方案，我在知識星球中也系統性的解析過這一技術方案，也構建了詳細的專欄內容。顧名思義，通過把功率芯片埋進板里、走面板級工藝，縮短電流環路、打通熱路徑、降低寄生與熱阻，服務xEV 牽引逆變器、AI / 高功率密度電源、機器人伺服等場景：面向xEV驅動+AI數據中心的功率封裝前瞻：芯片嵌入封裝與互聯技術的全景解析

7.1 拓撲形式(知識星球發布)...

7.2 冷卻方式(知識星球發布)...

圖片來源：Schaeffler

7.3 其他技術特點(知識星球發布)...

7.4 應用場景(知識星球發布)...

圖片來源：SysPro 2025上海車展拍攝

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08

SiC+Si混碳融合封裝：英飛凌、匯川、小鵬、舍弗勒

——成本與效率的折中策略

(知識星球發布)

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圖片來源：YOLE

8.1 設計理念(知識星球發布)...

8.2 拓撲結構(知識星球發布)...

|SysPro備注，更多閱讀：

SiC+Si混碳融合逆變器 · 從概念到系統方案落地的全景解析

圖片來源：Inovance

8.3 其他技術特點(知識星球發布)...

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8.4 應用場景與典型哪里(知識星球發布)...

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09

分立器件封裝：TO-247系列

——標準件+系統能力換性能

(知識星球發布)

我們首先來看分立器件封裝。分立器件是最經典、最成熟的封裝形式，如TO-247、TO-247-4L（帶開爾文發射極引腳）、TOLL、D2PAK等。芯片被封裝在一個獨立的塑料體中，引腳伸出，結構非常簡單，久經市場考驗。那么，這類封裝到底長什么樣子？它為什么能長期存在并且不斷迭代呢？

9.1 結構特點(知識星球發布)...

9.2 拓撲形式(知識星球發布)...

圖片來源：SysPro

9.3 其他技術特點(知識星球發布)...

9.4 應用場景(知識星球發布)...

圖片來源：SysPro

10 總結

——車規功率封裝的"熱—電—可靠—平臺化"演進規律

(知識星球發布)

以上是關于車規級功率半導體十大模塊封裝技術方案的深度解析，我們簡單總結下...

圖片來源：SysPro

上面集中封裝，我們可以看到幾條非常清晰的分化邏輯：

HPD...

DCM...

TPAK → ZPAK → eMPack...

PM6...

芯片內嵌 PCB...

混碳融合...

TO-247 分立器件...

圖片來源：SysPro（非絕對，僅供參考）

...

這篇文章在1.0的基礎上做了糾錯、補充和結構優化。

感謝你的閱讀，希望有所幫助！

注：以上節選，完整版「SysPro電力電子技術」知識星球發布

以上是關于全球十大 · 車規級功率模塊封裝 · 全景解析 V2.0的節選（原文19300字）。10大封裝技術的完整版內容、相關產品技術方案資料、技術報告、深度解讀會在知識星球中發布，歡迎進一步查閱、學習，希望有所幫助！