华为功率模组是如何逆袭的？

本文转自华为心声社区：

功率模组是设备的“心脏”，承担电能转化的重要作用。大约八年前，我国功率模组产业尚处于技术追赶阶段，如今这一领域已实现从“引进吸收”到“自立自强”的蜕变，而华为数字能源模组焊接工艺专家郎丰群，也是这场技术进步的核心推动者和重要贡献者之一。

带着深耕功率模组技术开发的深厚积淀，他破冰开启了数字能源功率模组从“从0到1”的技术攻坚之路：构建工业级模组封装焊接技术平台，为海量发货奠定工艺基础；构建车载MCU（电机控制单元）双面冷却IGBT（绝缘栅极双极型晶体管）模组焊接工艺平台，突破车规级高可靠性门槛；构建车载单面冷却碳化硅模组制造工艺平台，为第三代半导体规模化应用铺路，为千万级模组的量产保驾护航。

如何同时满足规模化量产与极致可靠性的双重要求？如何将“执着专注、精益求精”的工匠精神应用到工作中，为华为自研模组实现领先做出贡献？带着这些问题，我们对谈郎丰群博士，解码功率模组从“跟跑”到“领跑”背后的秘密。

1.焊接工程师是产品大厦的“泥瓦匠”

问 ：当初，您是在什么样的契机下选择了华为，选择了功率模组焊接工艺这个领域？

**郎丰群 ：**大约20年前，我在海外从事功率模组的开发工作，深刻体会到焊接是功率模组最关键的核心工艺之一。功率模组作为数字能源转换的核心载体，需在高压、大电流、高频场景下稳定运行，而焊接工艺直接决定其导电、导热及抗应力能力。

而焊接的复杂性远超乎想象。高压端子焊接处需同时抵御振动应力、温度变化的热应力以及高温氧化的耦合作用，任一环节失效都可能引发模组级故障。而从材料冶金角度看，焊料与母材形成的金属间化合物厚度必须精准控制在十几微米以下，以降低应力。焊片和被焊接体厚度偏差超过10微米就有可能导致批量虚焊……这些因素使得焊接成为融合材料、热力、机械工程的系统级难题。

焊接很重要，也有许多课题和挑战。我根据自己的材料专业知识和以前的焊接研究基础选择了这一行，也喜欢这一行。在我看来，焊接工程师就像产品大厦的“泥瓦匠”，看似基础，却决定着整座大厦的稳固性。

和华为的结缘要追溯到我在海外读博士期间，当时我经常听闻华为取得技术突破的消息。华为专注于技术开发，不断取得技术进步，让我深受触动。我在参加国际学术会议期间，还结识了在华为工作的朋友，为他们的专业素养所折服。通过进一步交流，我真切感受到这家企业对技术研发的专注，这与我做研发的初心高度契合。而且华为的技术布局始终瞄准行业前沿，也更坚定了我加入华为的决心。

那时，国内功率模组产业尚处起步阶段，但新能源产业正迎来爆发期，功率模组作为光伏逆变器、电驱、储能等领域的核心部件，市场需求激增，是个难得的机遇。所以，当收到邀请时，我当即决定加入华为，希望为中国功率模组从“跟跑”到“领跑”尽一份力。

2.要做就做更先进、更可靠、更高质量的设计

问 ：能源模组的“自立之战”是如何打响的？

郎丰群 ：2016年，随着光伏逆变器种类多样化发展和性能逐步提升，业界可获取的功率模组已无法完全适配光伏逆变器的各类衍生产品。为了满足业界需求及电源产品未来的健壮发展，华为数字能源（当时的网络能源产品线）决定成立模组研发部门，扎根芯片和模组的根技术。经过几年的艰苦努力，我们从曾经的几个人、几条枪，发展为数百人的部门，并成功实现了功率模组的千万级发货。

当时，业界普遍采用硅凝胶灌封模组这种工艺相对简单的结构，但在高湿环境下，模组容易吸潮，影响设备可靠性，造成产品短路损坏，尤其会给长期暴露在高海拔、高温、高湿等极端场景的光伏设备带来失效的风险。

经过深入研讨讨论，团队决定走差异化路线，放弃常规方案，采用“塑封料+高强度结构”。这种“水泥包钢筋”的方案，既抗潮、耐湿、耐高温，还有抗机械冲击、可靠性高、散热性好等特点。我们的目标很明确，要做就做更先进、更可靠、更高质量的设计，通过技术领先，构建产品核心竞争力。

图源：《华为人》

问 ：新产品研发之路必定困难重重，初代产品是如何诞生的？

**郎丰群 ：**当时，光伏逆变器大功率塑封模组是业界首例，没有参考，核心挑战有两个方面：一是低空洞率高可靠性模组内部焊接技术开发，包括耐多次回流的高可靠性芯片焊接技术开发；二是大面积塑封技术的开发。

低空洞高可靠焊接，就像给芯片“铺路”，既要焊得牢，又要传热快。功率芯片一工作，瞬间变身“小火炉”，热量蹭蹭往上涨，全靠焊接层快速散热。但如果焊接层里藏了气泡空洞，就像路上突然多了几个障碍物，热量堵在半路，芯片迟早被“烤糊”！为了消除这些路障，我们深入研究焊接材料，反复试验，最终筛选出真空回流焊接专用的高可靠焊料，既能焊得结实，又不会因二次高温“翻车”。同时，我们还破解了空洞形成的“元凶”，优化焊接工艺，成功攻克这一技术难题，让散热在芯片上最大可能畅通无阻！

大功率模组的塑封，就像给精密电子部件穿上一件“铠甲”，需要用特殊材料像浇筑水泥一样把模组严实包裹起来，既要防潮防尘，又要抗摔抗震，让器件在恶劣环境中也能稳如泰山。但这件“铠甲”不好打造，塑封料太硬会像脆饼干一样开裂，太软又扛不住高温；封装时稍有不慎，内部就像千层酥一样分层剥落；更棘手的是，陶瓷基板这个“骨架”还可能被塑封应力“勒”出裂纹。

我们像调配秘方药剂一样反复试验塑封材料，又像“微雕”般精益求精优化工艺参数和模组结构，终于让这个“防护罩”既坚固又服帖。

初代模组研发过程中，难题接踵而至，还有一次是在EMS厂的技术攻关。当时，我们正在集中解决芯片焊接空洞问题，但到达产线后，就发现另一个棘手问题，产线工人频繁对塑封模组的端子进行返工焊接。

这引起了我的警觉，我们调研后发现端子在焊接时因定位偏移导致悬空，造成焊接不良。真是“摁下葫芦浮起瓢”，当时芯片焊接空洞问题还没彻底解决，端子焊接不良的难题又冒了出来。面对双重挑战，我们不得不双线作战，同时推进两项技术攻关。

为了尽快突破，我们与EMS工厂组建联合攻关团队，夜以继日地分析、试验、优化。经过近两个月的奋战，终于锁定了问题的根源：焊接工艺参数和定位精度的匹配欠佳，并成功找到了解决方案。

这段经历让我深刻认识到，真正的技术突破往往来自一线。专家只有深入现场，细致观察，才能精准发现问题；而开放协作，与合作伙伴并肩作战，才能更高效地攻克难关。

经过一年半的协同攻关，我们成功开发出业界首款大功率塑封模组，并通过持续完善，构建起工业塑封模组的平台能力。依据此平台，我们衍生开发出了几十种工业模组，并成功实现量产。

3.技术攻关就像“结硬寨”，要步步为营，多路径并行

问 ：从跟跑到领跑，我们做了哪些努力？

郎丰群 ：光伏逆变器的模组相当于“心脏”，质量必须做好，而且既要供得上，也要供得安全。

由于工业级模组处理的电力量越来越高，模组会产生更多的热量。传统的模组散热方式是通过模组和散热器之间的导热硅脂而实现散热。然而，随着产品使用寿命增加，导热硅脂的热性能劣化，进而造成散热变差，模组会因过热而失效。因此，模组的散热性能尤为关键。

我们反复分析了产品痛点，提出了新的解决方案：将大功率塑封模组焊接在散热器上。因为焊料的热导率比导热硅脂至少高一个数量级，区别就像冬天光脚踩铁板比穿鞋站上去更“透心凉”，热量传导快得多！而且，模组和散热器通过焊接合为一体，寿命也大幅延长。

这个解决方案的核心技术是模组和散热器的大面积焊接，核心挑战主要有两个，一是大面积焊接的高可靠性，二是大面积焊接的低空洞率。我们的目标是通过材料、工艺、结构的协同优化，降低焊接的空洞率，同时扛住长期循环热应力，让光伏模组能长年累月在户外安全运行。

首先，我们要解决模组保持长期服役面临的高可靠性难题。因模组芯片和室外环境温差最大可达190摄氏度，模组和散热器的大面积焊接会产生很大的应力，焊接层若扛不住应力便会开裂，将导致模组以及逆变器失效。

当时，我们面对这一技术难题，业界尚无成熟经验可循，为保障项目成功，我们筛选了一些备选焊料并设计了多重技术防线，从材料、表面处理和结构调整等方面入手。但是初期实验结果仍不理想，焊接空洞率居高不下，项目推进面临严峻挑战。

为了解决可靠性技术课题，我们也准备了界面应力缓和结构方案。我们了解到国内一所大学的某种表面处理方法也许可以一试，便迅速奔赴与该大学展开技术合作，并最终成功构建了界面应力缓和技术。我们又反复调整焊料成分，经过多次配方迭代，终于找到一款能满足可靠性需求的合金。

首战告捷后，我们在试制产线进行了持续材料优化和工艺实验，最终形成了一套完整的解决方案，并申请多项核心专利。技术攻关就像“结硬寨，打呆仗”，需要步步为营，踏踏实实推进，多路径并行。

第二个难点，是要开发模组基板与散热器的“低空洞率大面积焊接”的工艺。光伏逆变器的模组功率密度很高，单个模组要扛住高达六七百安培的大电流，运行时芯片温度可达150摄氏度以上。焊点一旦有空洞，就会被击穿，热量散不出去，芯片就会“发烧”罢工，甚至击穿芯片造成短路。因此，焊接对空洞率要求极高，模组和散热器焊接核心区域的空洞率即使不到3%，散热性能也会大幅下降。

造成焊接空洞的因素很多，这是一个系统工程。我带领团队“两班倒”，进行技术攻关，通过“人、机、料、法、环”的分析方法，优化焊料成分、调整真空回流过程的各个工艺参数、改良治具、优化设备性能、建立合适的产品“热场控制”……

反复实验后，超声检测仍显示样品存在焊接大空洞，团队屡屡受挫。最后，不少人对能否解决这个难题也产生了怀疑。作为专家，就应该在关键的时候给团队的兄弟们信心。我告诉大家：“感觉到没路的时候，就是有路，那些还未走过的路可能就是成功的路。”

我们连续攻关了两个月，做了上百次实验，又在以前的实验基础上，提出了新的热场解决方案，艰难地解决了边缘空洞问题——空洞率显著降低，达到业界领先水平。这一突破让我们无比振奋和激动，几个月的连续奋战终于有了结果！这些突破为后续的开发和持续构建竞争力打下了坚实的基础。如今，这个根技术已经被成熟应用于多款模组量产中，并在多条产线稳定生产。

在产线上工作 图源：《华为人》

4.质量不是“重要”，而是“唯一”

问 ：在功率模组从“领先”到“量产”的过程中，有没有发生让您印象深刻的故事？

郎丰群 ：我印象很深的是一次是，难题攻克后，良率有波动，当时离量产只差“临门一脚”，良率不稳定的原因却怎么也找不到，我们把各种方向都查遍了，仍一无所获。

为了找到问题根因，我到产线做实验。实验过程中，尽管戴着塑胶手套，我依然隐隐感觉到焊片厚度不对：“两种不同厚度的焊片可能混料了！”这听起来挺不可思议，当时周围的人也是将信将疑，这几十微米怎么能靠触感觉察出来呢？

我把那两个不同厚度的焊片拿出来后，找了两组人分别用不同的方法测量。结果让所有人大吃一惊：“真的混了！”他们很好奇我是如何发现的，我开玩笑说：“在这行干了这么多年，就像老中医号脉，一搭就知道症结在哪。”其实归根结底，秘诀就两个词：深入一线、双手沾泥。产线的问题和答案都藏在细节里，要从实践和分析中探究问题、解决问题

我们当即停线排查，发现主要还是人为失误造成的混料，焊片来料未做批次隔离标识、仓库未分区域存放等。

我们封存混料批次，用新料重新验证。当良率稳稳爬上量产水平时，大家都很开心，也如释重负。今后若要杜绝这类问题发生，必须要做好物理防错、流程固化、人员赋能。细节决定成败，几微米的误差虽能逃过系统，却逃不过老匠人的手感。但真正可靠的量产，不能只靠“人肉防线”，必须用“防呆设计+流程铁律”筑起防火墙。

问 ：2019年是很特殊的一年，面对严峻的外部环境，团队如何应对？

郎丰群 ：随着外部严峻环境进一步加剧，一些先进生产要素变得不可获得，一些模组也需要我们快速顶上。我们从0到1搭建的模组技术平台、深耕多年的模组根技术，如今正好顶上了。而且，随着不断发展，我们在热、电和可靠性等方面都实现了业界领先，也算是“备胎转正”，过去的艰难付出都是值得的。

之前，我们模组处于发展阶段。发货量可能是几千个模组，现在功率模组垂直上量，发货量已经达到千万级别，不但市场表现优于友商，规模也达到了业界前列。有人说我们靠的是运气，但我认为这得益于公司的高瞻远瞩和提前布局，这是兄弟们奋力拼搏的结果，把“后路”追赶成了“前路”。

问 ：您觉得作为技术专家，最重要的特质有哪些？

郎丰群 ：专家要接地气，我习惯到生产一线去解决各种问题。比如，在产线检查锡膏生产日期或者是检查操作流程规范性等，这些“杀猪”的经验，反而让我更懂如何用“手术刀”精准攻克技术难点。

平时有空，我还喜欢看论文、参加学术会，但核心还是扎根一线，毕竟产线的问题不会写在文献里，只有泡在现场才能抓住细节、判断方向，给团队吃下“定心丸”。

图源：《华为人》

问 ：您如何理解质量在技术研发中的分量？

郎丰群 ：“质量是生命线”这句话不是口号，是用无数教训堆出来的真理。光伏逆变器要安装在青藏高原几千米的山顶，也会安装在新疆的高温沙漠里，一旦出问题，耗费的维修成本巨大。这些极端场景下，质量不是“重要”，而是“唯一”，质量是每个细节的精准堆砌。

最直观的对比是储能设备的起火测试，设备一旦起火，后果会很严重，但我们的设备能做到“起火不蔓延”——即便单个设备箱体烧7小时，周边设备仍能正常运行。

质量是技术的“易碎品”，一次失误就能毁掉十年口碑。赢在技术，可能输在细节。所以我们在做产品设计时，就要考虑到量产时可能会遇到的各种问题，提前做好准备，做好生产工艺的端到端看护。细节决定成败，我们要深挖每个工序的技术细节。

5.展望未来：创新带来新希望

问 ：您是怎么看待数字能源在功率模组焊接工艺方面的演进？

郎丰群 ：我们一直尝试从系统的角度进行焊接技术的拓展。在材料兼容性方面，功率模组正在向高密度和高温方向演进，但是封装技术还没有跟上这个演进需求。我们与公司的相关部门一起在新材料、新工艺方面持续投入，提前开发如高导热和高可靠性焊接技术，烧结技术，扩散焊接技术等新技术。此外，在AI应用方面，为了更好控制焊接空洞，我们尝试引入AI自动识别技术，以此来提高效率和防止漏检等。

问 ：对于年轻的工程师，您有什么建议？

郎丰群 ：年轻的同事都很优秀，也能吃苦，无论是韧性还是工作能力都不亚于当年的我们。时代真的在跑，但有些东西没变，比如对细节的较真，对质量的敬畏，对研发的坚持。不管哪代工程师，只要进入工作，就得将严谨刻进骨子里。

我最想分享几点心得，这几个方面应该是相辅相成的关系：一是把研发工作当成一种乐趣，乐在其中；二是，细节决定成败；三是深入一线，攻坚克难。有机会可以积极参加展会、学术会议和研讨会等，不仅可以开拓视野，吸收宇宙能量，还有助于解决产品开发或生产过程中遇到的难题。

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