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)時的核心對標(biāo)產(chǎn)品。就在這個月，富士電機已與博世也達成合作，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，將PM6的深度解析排上計劃，希望通過系統(tǒng)化的解構(gòu)其設(shè)計與思路，可以為行業(yè)同仁提供些參考。

圖片來源：SysPro上海車展拍攝

這些年深有感受，功率模塊的競爭邏輯發(fā)生了一個非常關(guān)鍵的變化：過去靠"單點指標(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，用戶對效率與體驗的要求更高、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"多目標(biāo)同時最優(yōu)"的時代。

于是，功率模塊必須同時滿足一整套看似互相矛盾的目標(biāo)：

電氣性能要更強：更低損耗、更好對稱性、更低振蕩傾向

熱性能要更強：更低熱阻、更強冷卻能力

體積要更小：更高功率密度

可靠性要更高：更強的熱—機械魯棒性

此外，還要支持不同功率等級的快速擴展，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)計工作量降到最低。也就是說，功率模塊不再只是一個"器件載體"，而是整個平臺的"系統(tǒng)杠桿"。

而博世PM6的核心價值，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)計和互連路線講明白，說清這些設(shè)計如何解決實際問題、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、擴展成本、熱、電、可靠性五個維度形成閉環(huán)，支撐規(guī)?；慨a(chǎn)

聊完上面這些，也會幫助我們更好理解：富士電機與博世合作，在技術(shù)層面的價值支撐，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(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"互相配合"？(知識星球發(fā)布)

7. 可擴展設(shè)計：4/8/12芯片+冷卻器如何實現(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

我們知道，功率模塊是整車電驅(qū)系統(tǒng)的"核心樞紐"，要同時承受高壓、高頻、高溫、高電流的考驗，任何一個維度的要求升級，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、熱與機械的匹配度上做系統(tǒng)性設(shè)計

想實現(xiàn)平臺化擴展，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。

其實平臺化的核心不是"做出一個性能超強的模塊"，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

布局紅線：全系列保持對稱三維布局，確保多芯片并聯(lián)一致性

電感紅線：主功率回路電感 LPM<4nH，門極回路電感 LG<25nH

互連紅線：采用無焊料、無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，搭配CTE 匹配間隔件

接口紅線：統(tǒng)一封裝外形與機械接口，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，平臺都有一套穩(wěn)定的"底盤"支撐，不會變成每個項目都要從頭設(shè)計的重復(fù)勞動。

據(jù)博世公開資料，基于這套紅線設(shè)計，PM6 可實現(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，能在同一封裝下實現(xiàn) 200-800ARMS 的功率擴展。

圖片來源：Bosch

02

PM6設(shè)計之初的基本盤：對稱布局與低電感

2.1 核心指標(biāo)：LPM與LG的硬要求

深入研究博世關(guān)于 PM6 的設(shè)計文檔發(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

那么，如何實現(xiàn)這一核心目標(biāo)呢？

|SysPro備注，這里要重點理解的是：

這兩條指標(biāo)看似只是"電感小一點"，但它們實際上對應(yīng)的是功率模塊最核心的兩類風(fēng)險：

一類是，開關(guān)瞬態(tài)的過沖與振鈴（決定你敢不敢快開快關(guān)）

另一類是，驅(qū)動指令的穩(wěn)定送達與抗干擾能力（決定你能不能把器件穩(wěn)定地“開好、關(guān)好”）

把這兩個指標(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——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，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)動回路的寄生電感），可以理解為：驅(qū)動器把開關(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、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"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)計先鎖死。

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

系統(tǒng)級：三相不是"一個大模塊"，而是"三塊一致的積木"

三相逆變并不是一個"巨大的模塊"，而是由三個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，后面無論換芯片數(shù)量、換冷卻器能力，盡量不動系統(tǒng)級接口，從而避免牽一發(fā)動全身的系統(tǒng)返工（冷卻器、PCB、母排、安裝面等。

圖片來源：Bosch圖片來源：Bosch

模塊級：單塊 PM6 內(nèi)部對應(yīng)一個標(biāo)準(zhǔn)半橋（B2）

進一步拆開單塊 PM6內(nèi)部，如下圖，它對應(yīng)的是一個標(biāo)準(zhǔn)的半橋（B2）：上橋臂 HS + 下橋臂 LS + 中間相點（Phase node）。這一步很關(guān)鍵，因為它把“對稱”的對象明確化：PM6 的對稱不是抽象概念，而是圍繞半橋的兩條主路徑展開——HS 與 LS 的功率回路要盡可能鏡像/等長，從而讓兩側(cè)在開關(guān)瞬態(tài)看到的等效寄生參數(shù)盡量一致。

圖片來源：Bosch

器件級：對稱 +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，真正可怕的從來不是"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，開關(guān)瞬間電流就會優(yōu)先走"阻力最小的路徑"，帶來一連串連鎖反應(yīng)：

某些 die 電流先沖上去，電熱應(yīng)力更高

電流分配不均會放大振鈴與自激振蕩風(fēng)險

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

圖片來源：Bosch

因此 ，PM6 強調(diào)"對稱"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

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，"對稱"與"低電感"就形成了閉環(huán)：對稱保證一致性，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

(知識星球發(fā)布)

當(dāng)功率密度越來越高，只靠平面縮短走線，很快會遇到瓶頸：你可以把路徑做短，但很難同時把環(huán)路面積壓到足夠小；也很難在緊湊空間內(nèi)，把門極/信號回路從強磁場區(qū)域隔離出去。

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

把功率回路環(huán)路面積壓到很小（支撐 LPM 紅線）

同時把信號/門極回路從強磁場區(qū)域"抬出去/分層隔離"（降低耦合、支撐 LG 紅線）。

換句話說，三維疊層并不是為了“看起來很酷”，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、路徑短且對稱

信號層盡量遠離強 di/dt 區(qū)域，降低磁耦合與串?dāng)_

這樣，平臺后續(xù)做功率擴展時，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。進一步放大上圖，我們來進一步感受下BOSCH強調(diào)的對稱+3D (Symmetrical 3D layout)的設(shè)計理念。

圖片來源：Bosch

以上就是PM6 在電氣側(cè)的“基本盤”：低電感的紅線 + 對稱一致性的結(jié)構(gòu)骨架 + 三維疊層的空間實現(xiàn)方式。但工程師最關(guān)心的問題還沒有真正被回答：這些紅線究竟如何進一步轉(zhuǎn)化為“并聯(lián)更穩(wěn)、振蕩更少”的可驗證結(jié)論？——這正是第 3 章要展開的核心。

03

低電感+高對稱如何解決并聯(lián)振蕩痛點

3.1 PM電氣設(shè)計核心邏輯：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：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)

圖片來源：BOSCH

06

低熱阻如何和結(jié)構(gòu)設(shè)計"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

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

7.1 芯片+冷卻器的旋鈕式設(shè)計

(知識星球發(fā)布)

7.2 核心收益：減少系統(tǒng)級重設(shè)計

(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...

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09 總結(jié)

(知識星球發(fā)布)

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2026年1月12日晚 二次更新

圖片來源：SysPro上海車展拍攝

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