華為功率模組是如何逆襲的？

本文轉自華為心聲社區：

功率模組是設備的“心臟”，承擔電能轉化的重要作用。大約八年前，我國功率模組產業尚處於技術追趕階段，如今這一領域已實現從“引進吸收”到“自立自強”的蜕變，而華為數字能源模組焊接工藝專家郎豐羣，也是這場技術進步的核心推動者和重要貢獻者之一。

帶着深耕功率模組技術開發的深厚積澱，他破冰開啓了數字能源功率模組從“從0到1”的技術攻堅之路：構建工業級模組封裝焊接技術平台，為海量發貨奠定工藝基礎；構建車載MCU（電機控制單元）雙面冷卻IGBT（絕緣柵極雙極型晶體管）模組焊接工藝平台，突破車規級高可靠性門檻；構建車載單面冷卻碳化硅模組製造工藝平台，為第三代半導體規模化應用鋪路，為千萬級模組的量產保駕護航。

如何同時滿足規模化量產與極致可靠性的雙重要求？如何將“執着專注、精益求精”的工匠精神應用到工作中，為華為自研模組實現領先做出貢獻？帶着這些問題，我們對談郎豐羣博士，解碼功率模組從“跟跑”到“領跑”背後的秘密。

1.焊接工程師是產品大廈的“泥瓦匠”

問 ：當初，您是在什麼樣的契機下選擇了華為，選擇了功率模組焊接工藝這個領域？

**郎豐羣 ：**大約20年前，我在海外從事功率模組的開發工作，深刻體會到焊接是功率模組最關鍵的核心工藝之一。功率模組作為數字能源轉換的核心載體，需在高壓、大電流、高頻場景下穩定運行，而焊接工藝直接決定其導電、導熱及抗應力能力。

而焊接的複雜性遠超乎想象。高壓端子焊接處需同時抵禦振動應力、温度變化的熱應力以及高温氧化的耦合作用，任一環節失效都可能引發模組級故障。而從材料冶金角度看，焊料與母材形成的金屬間化合物厚度必須精準控制在十幾微米以下，以降低應力。焊片和被焊接體厚度偏差超過10微米就有可能導致批量虛焊……這些因素使得焊接成為融合材料、熱力、機械工程的系統級難題。

焊接很重要，也有許多課題和挑戰。我根據自己的材料專業知識和以前的焊接研究基礎選擇了這一行，也喜歡這一行。在我看來，焊接工程師就像產品大廈的“泥瓦匠”，看似基礎，卻決定着整座大廈的穩固性。

和華為的結緣要追溯到我在海外讀博士期間，當時我經常聽聞華為取得技術突破的消息。華為專注於技術開發，不斷取得技術進步，讓我深受觸動。我在參加國際學術會議期間，還結識了在華為工作的朋友，為他們的專業素養所折服。通過進一步交流，我真切感受到這家企業對技術研發的專注，這與我做研發的初心高度契合。而且華為的技術佈局始終瞄準行業前沿，也更堅定了我加入華為的決心。

那時，國內功率模組產業尚處起步階段，但新能源產業正迎來爆發期，功率模組作為光伏逆變器、電驅、儲能等領域的核心部件，市場需求激增，是個難得的機遇。所以，當收到邀請時，我當即決定加入華為，希望為中國功率模組從“跟跑”到“領跑”盡一份力。

2.要做就做更先進、更可靠、更高質量的設計

問 ：能源模組的“自立之戰”是如何打響的？

郎豐羣 ：2016年，隨着光伏逆變器種類多樣化發展和性能逐步提升，業界可獲取的功率模組已無法完全適配光伏逆變器的各類衍生產品。為了滿足業界需求及電源產品未來的健壯發展，華為數字能源（當時的網絡能源產品線）決定成立模組研發部門，紮根芯片和模組的根技術。經過幾年的艱苦努力，我們從曾經的幾個人、幾條槍，發展為數百人的部門，併成功實現了功率模組的千萬級發貨。

當時，業界普遍採用硅凝膠灌封模組這種工藝相對簡單的結構，但在高濕環境下，模組容易吸潮，影響設備可靠性，造成產品短路損壞，尤其會給長期暴露在高海拔、高温、高濕等極端場景的光伏設備帶來失效的風險。

經過深入研討討論，團隊決定走差異化路線，放棄常規方案，採用“塑封料+高強度結構”。這種“水泥包鋼筋”的方案，既抗潮、耐濕、耐高温，還有抗機械衝擊、可靠性高、散熱性好等特點。我們的目標很明確，要做就做更先進、更可靠、更高質量的設計，通過技術領先，構建產品核心競爭力。

圖源：《華為人》

問 ：新產品研發之路必定困難重重，初代產品是如何誕生的？

**郎豐羣 ：**當時，光伏逆變器大功率塑封模組是業界首例，沒有參考，核心挑戰有兩個方面：一是低空洞率高可靠性模組內部焊接技術開發，包括耐多次迴流的高可靠性芯片焊接技術開發；二是大面積塑封技術的開發。

低空洞高可靠焊接，就像給芯片“鋪路”，既要焊得牢，又要傳熱快。功率芯片一工作，瞬間變身“小火爐”，熱量蹭蹭往上漲，全靠焊接層快速散熱。但如果焊接層裏藏了氣泡空洞，就像路上突然多了幾個障礙物，熱量堵在半路，芯片遲早被“烤糊”！為了消除這些路障，我們深入研究焊接材料，反覆試驗，最終篩選出真空迴流焊接專用的高可靠焊料，既能焊得結實，又不會因二次高温“翻車”。同時，我們還破解了空洞形成的“元兇”，優化焊接工藝，成功攻克這一技術難題，讓散熱在芯片上最大可能暢通無阻！

大功率模組的塑封，就像給精密電子部件穿上一件“鎧甲”，需要用特殊材料像澆築水泥一樣把模組嚴實包裹起來，既要防潮防塵，又要抗摔抗震，讓器件在惡劣環境中也能穩如泰山。但這件“鎧甲”不好打造，塑封料太硬會像脆餅乾一樣開裂，太軟又扛不住高温；封裝時稍有不慎，內部就像千層酥一樣分層剝落；更棘手的是，陶瓷基板這個“骨架”還可能被塑封應力“勒”出裂紋。

我們像調配秘方藥劑一樣反覆試驗塑封材料，又像“微雕”般精益求精優化工藝參數和模組結構，終於讓這個“防護罩”既堅固又服帖。

初代模組研發過程中，難題接踵而至，還有一次是在EMS廠的技術攻關。當時，我們正在集中解決芯片焊接空洞問題，但到達產線後，就發現另一個棘手問題，產線工人頻繁對塑封模組的端子進行返工焊接。

這引起了我的警覺，我們調研後發現端子在焊接時因定位偏移導致懸空，造成焊接不良。真是“摁下葫蘆浮起瓢”，當時芯片焊接空洞問題還沒徹底解決，端子焊接不良的難題又冒了出來。面對雙重挑戰，我們不得不雙線作戰，同時推進兩項技術攻關。

為了儘快突破，我們與EMS工廠組建聯合攻關團隊，夜以繼日地分析、試驗、優化。經過近兩個月的奮戰，終於鎖定了問題的根源：焊接工藝參數和定位精度的匹配欠佳，併成功找到了解決方案。

這段經歷讓我深刻認識到，真正的技術突破往往來自一線。專家只有深入現場，細緻觀察，才能精準發現問題；而開放協作，與合作伙伴並肩作戰，才能更高效地攻克難關。

經過一年半的協同攻關，我們成功開發出業界首款大功率塑封模組，並通過持續完善，構建起工業塑封模組的平台能力。依據此平台，我們衍生開發出了幾十種工業模組，併成功實現量產。

3.技術攻關就像“結硬寨”，要步步為營，多路徑並行

問 ：從跟跑到領跑，我們做了哪些努力？

郎豐羣 ：光伏逆變器的模組相當於“心臟”，質量必須做好，而且既要供得上，也要供得安全。

由於工業級模組處理的電力量越來越高，模組會產生更多的熱量。傳統的模組散熱方式是通過模組和散熱器之間的導熱硅脂而實現散熱。然而，隨着產品使用壽命增加，導熱硅脂的熱性能劣化，進而造成散熱變差，模組會因過熱而失效。因此，模組的散熱性能尤為關鍵。

我們反覆分析了產品痛點，提出了新的解決方案：將大功率塑封模組焊接在散熱器上。因為焊料的熱導率比導熱硅脂至少高一個數量級，區別就像冬天光腳踩鐵板比穿鞋站上去更“透心涼”，熱量傳導快得多！而且，模組和散熱器通過焊接合為一體，壽命也大幅延長。

這個解決方案的核心技術是模組和散熱器的大面積焊接，核心挑戰主要有兩個，一是大面積焊接的高可靠性，二是大面積焊接的低空洞率。我們的目標是通過材料、工藝、結構的協同優化，降低焊接的空洞率，同時扛住長期循環熱應力，讓光伏模組能長年累月在户外安全運行。

首先，我們要解決模組保持長期服役面臨的高可靠性難題。因模組芯片和室外環境温差最大可達190攝氏度，模組和散熱器的大面積焊接會產生很大的應力，焊接層若扛不住應力便會開裂，將導致模組以及逆變器失效。

當時，我們面對這一技術難題，業界尚無成熟經驗可循，為保障項目成功，我們篩選了一些備選焊料並設計了多重技術防線，從材料、表面處理和結構調整等方面入手。但是初期實驗結果仍不理想，焊接空洞率居高不下，項目推進面臨嚴峻挑戰。

為了解決可靠性技術課題，我們也準備了界面應力緩和結構方案。我們瞭解到國內一所大學的某種表面處理方法也許可以一試，便迅速奔赴與該大學展開技術合作，並最終成功構建了界面應力緩和技術。我們又反覆調整焊料成分，經過多次配方迭代，終於找到一款能滿足可靠性需求的合金。

首戰告捷後，我們在試製產線進行了持續材料優化和工藝實驗，最終形成了一套完整的解決方案，並申請多項核心專利。技術攻關就像“結硬寨，打呆仗”，需要步步為營，踏踏實實推進，多路徑並行。

第二個難點，是要開發模組基板與散熱器的“低空洞率大面積焊接”的工藝。光伏逆變器的模組功率密度很高，單個模組要扛住高達六七百安培的大電流，運行時芯片温度可達150攝氏度以上。焊點一旦有空洞，就會被擊穿，熱量散不出去，芯片就會“發燒”罷工，甚至擊穿芯片造成短路。因此，焊接對空洞率要求極高，模組和散熱器焊接核心區域的空洞率即使不到3%，散熱性能也會大幅下降。

造成焊接空洞的因素很多，這是一個系統工程。我帶領團隊“兩班倒”，進行技術攻關，通過“人、機、料、法、環”的分析方法，優化焊料成分、調整真空迴流過程的各個工藝參數、改良治具、優化設備性能、建立合適的產品“熱場控制”……

反覆實驗後，超聲檢測仍顯示樣品存在焊接大空洞，團隊屢屢受挫。最後，不少人對能否解決這個難題也產生了懷疑。作為專家，就應該在關鍵的時候給團隊的兄弟們信心。我告訴大家：“感覺到沒路的時候，就是有路，那些還未走過的路可能就是成功的路。”

我們連續攻關了兩個月，做了上百次實驗，又在以前的實驗基礎上，提出了新的熱場解決方案，艱難地解決了邊緣空洞問題——空洞率顯著降低，達到業界領先水平。這一突破讓我們無比振奮和激動，幾個月的連續奮戰終於有了結果！這些突破為後續的開發和持續構建競爭力打下了堅實的基礎。如今，這個根技術已經被成熟應用於多款模組量產中，並在多條產線穩定生產。

在產線上工作 圖源：《華為人》

4.質量不是“重要”，而是“唯一”

問 ：在功率模組從“領先”到“量產”的過程中，有沒有發生讓您印象深刻的故事？

郎豐羣 ：我印象很深的是一次是，難題攻克後，良率有波動，當時離量產只差“臨門一腳”，良率不穩定的原因卻怎麼也找不到，我們把各種方向都查遍了，仍一無所獲。

為了找到問題根因，我到產線做實驗。實驗過程中，儘管戴着塑膠手套，我依然隱隱感覺到焊片厚度不對：“兩種不同厚度的焊片可能混料了！”這聽起來挺不可思議，當時周圍的人也是將信將疑，這幾十微米怎麼能靠觸感覺察出來呢？

我把那兩個不同厚度的焊片拿出來後，找了兩組人分別用不同的方法測量。結果讓所有人大吃一驚：“真的混了！”他們很好奇我是如何發現的，我開玩笑説：“在這行幹了這麼多年，就像老中醫號脈，一搭就知道癥結在哪。”其實歸根結底，秘訣就兩個詞：深入一線、雙手沾泥。產線的問題和答案都藏在細節裏，要從實踐和分析中探究問題、解決問題

我們當即停線排查，發現主要還是人為失誤造成的混料，焊片來料未做批次隔離標識、倉庫未分區域存放等。

我們封存混料批次，用新料重新驗證。當良率穩穩爬上量產水平時，大家都很開心，也如釋重負。今後若要杜絕這類問題發生，必須要做好物理防錯、流程固化、人員賦能。細節決定成敗，幾微米的誤差雖能逃過系統，卻逃不過老匠人的手感。但真正可靠的量產，不能只靠“人肉防線”，必須用“防呆設計+流程鐵律”築起防火牆。

問 ：2019年是很特殊的一年，面對嚴峻的外部環境，團隊如何應對？

郎豐羣 ：隨着外部嚴峻環境進一步加劇，一些先進生產要素變得不可獲得，一些模組也需要我們快速頂上。我們從0到1搭建的模組技術平台、深耕多年的模組根技術，如今正好頂上了。而且，隨着不斷發展，我們在熱、電和可靠性等方面都實現了業界領先，也算是“備胎轉正”，過去的艱難付出都是值得的。

之前，我們模組處於發展階段。發貨量可能是幾千個模組，現在功率模組垂直上量，發貨量已經達到千萬級別，不但市場表現優於友商，規模也達到了業界前列。有人説我們靠的是運氣，但我認為這得益於公司的高瞻遠矚和提前佈局，這是兄弟們奮力拼搏的結果，把“後路”追趕成了“前路”。

問 ：您覺得作為技術專家，最重要的特質有哪些？

郎豐羣 ：專家要接地氣，我習慣到生產一線去解決各種問題。比如，在產線檢查錫膏生產日期或者是檢查操作流程規範性等，這些“殺豬”的經驗，反而讓我更懂如何用“手術刀”精準攻克技術難點。

平時有空，我還喜歡看論文、參加學術會，但核心還是紮根一線，畢竟產線的問題不會寫在文獻裏，只有泡在現場才能抓住細節、判斷方向，給團隊吃下“定心丸”。

圖源：《華為人》

問 ：您如何理解質量在技術研發中的分量？

郎豐羣 ：“質量是生命線”這句話不是口號，是用無數教訓堆出來的真理。光伏逆變器要安裝在青藏高原幾千米的山頂，也會安裝在新疆的高温沙漠裏，一旦出問題，耗費的維修成本巨大。這些極端場景下，質量不是“重要”，而是“唯一”，質量是每個細節的精準堆砌。

最直觀的對比是儲能設備的起火測試，設備一旦起火，後果會很嚴重，但我們的設備能做到“起火不蔓延”——即便單個設備箱體燒7小時，周邊設備仍能正常運行。

質量是技術的“易碎品”，一次失誤就能毀掉十年口碑。贏在技術，可能輸在細節。所以我們在做產品設計時，就要考慮到量產時可能會遇到的各種問題，提前做好準備，做好生產工藝的端到端看護。細節決定成敗，我們要深挖每個工序的技術細節。

5.展望未來：創新帶來新希望

問 ：您是怎麼看待數字能源在功率模組焊接工藝方面的演進？

郎豐羣 ：我們一直嘗試從系統的角度進行焊接技術的拓展。在材料兼容性方面，功率模組正在向高密度和高温方向演進，但是封裝技術還沒有跟上這個演進需求。我們與公司的相關部門一起在新材料、新工藝方面持續投入，提前開發如高導熱和高可靠性焊接技術，燒結技術，擴散焊接技術等新技術。此外，在AI應用方面，為了更好控制焊接空洞，我們嘗試引入AI自動識別技術，以此來提高效率和防止漏檢等。

問 ：對於年輕的工程師，您有什麼建議？

郎豐羣 ：年輕的同事都很優秀，也能吃苦，無論是韌性還是工作能力都不亞於當年的我們。時代真的在跑，但有些東西沒變，比如對細節的較真，對質量的敬畏，對研發的堅持。不管哪代工程師，只要進入工作，就得將嚴謹刻進骨子裏。

我最想分享幾點心得，這幾個方面應該是相輔相成的關係：一是把研發工作當成一種樂趣，樂在其中；二是，細節決定成敗；三是深入一線，攻堅克難。有機會可以積極參加展會、學術會議和研討會等，不僅可以開拓視野，吸收宇宙能量，還有助於解決產品開發或生產過程中遇到的難題。

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