IGBT، المعروف أيضًا باسم الترانزستور ثنائي القطب ذو البوابة المعزولة، هو جهاز أشباه الموصلات يستخدم على نطاق واسع في صناعة الإلكترونيات القوية. الوحدة الموصوفة هنا هي نموذج تغليف محدد، وهو حامل لشريحة IGBT ويلعب دورًا وقائيًا.

في السنوات الأخيرة، مع التطور القوي لصناعة السيارات ذات الطاقة الجديدة، ظهرت المزيد والمزيد من منتجات IGBT للسيارات. يمكن أن تؤدي معرفة معايير أشباه الموصلات لصناعة السيارات إلى تعميق فهم خصائص الجهاز ومساعدة المطورين على اختيار المنتجات المناسبة.

معيار أشباه الموصلات

ضمن النظام القياسي لأشباه الموصلات، يوجد JEDEC (المجلس المشترك لهندسة الأجهزة الإلكترونية)، وIEC (اللجنة الكهروتقنية الدولية) ومعايير أخرى.

معيار صناعة السيارات

في صناعة السيارات، يوجد معيار AEC (مجلس إلكترونيات السيارات)، وتم نشر AQG324، وهو مواصفات اختبار الموثوقية لوحدات IGBT على المركبات، بواسطة ECPE (المركز الأوروبي لإلكترونيات الطاقة)، ​​وتم تسميته LV324 في المرحلة المبكرة، وتم تجميعه من قبل شركات تصنيع السيارات فولكس فاجن، وأودي، وبي إم دبليو، وبورشه، ودايملر.

معيار QC/T 1136 IGBT للسيارات

بقيادة CATARC في الصين، وضعت شركة China FAW معيار QC/T 1136-2020 "متطلبات الاختبار البيئي وطرق الاختبار لوحدات الترانزستور ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة للمركبات الكهربائية"، والذي نُشر لأول مرة في 1 أبريل 2021. يُعد هذا المعيار أول معيار محلي لوحدات IGBT للمركبات، ويُستخدم لتوحيد عناصر اختبار الموثوقية ومتطلبات موردي أشباه الموصلات في وحدات IGBT. شاركت شركة Infineon، بصفتها عضوًا في فريق الصياغة، في صياغة هذا المعيار.

تحدد المواصفة القياسية QC/T 1136-2020 متطلبات وطرق اختبار التكيف البيئي لوحدات IGBT للسيارات الكهربائية. ينقسم النص الكامل إلى ثمانية أجزاء، وهي المقدمة والنطاق ووثائق الاستشهاد المعيارية والمصطلحات والتعاريف والرموز والمختصرات ومتطلبات القدرة على التكيف البيئي وطرق الاختبار والملحق. الفصل الخامس متطلبات التكيف البيئي (أنظر جدول رقم 1) والفصل السادس طريقة الاختبار. ما لم ينص على خلاف ذلك، يجب إجراء جميع الاختبارات في ظل الظروف البيئية التالية:

-البيئة: +18 درجة مئوية ~ +28 درجة مئوية؛
-الرطوبة النسبية: 45% ~ 75%؛
-الضغط الجوي: 86 كيلو باسكال ~ 106 كيلو باسكال؛
- الارتفاع: لا يزيد عن 1000 متر. إذا تجاوز 1000 متر، فيجب تصحيحه وفقًا للأحكام ذات الصلة في GB/T18488.1-2015.

الجدول 1. متطلبات الاختبار البيئي وعلامة مرجعية QC/T 1136 لوحدة IGBT للسيارات

في الجدول 1، يمكن تصنيف عناصر الاختبار إلى فئتين: موثوقية الشريحة وموثوقية الحزمة، من بينها:

01

موثوقية الشريحة

تشتمل عناصر الاختبار المتعلقة بموثوقية الرقاقة على اختبار الحجب عند درجة الحرارة العالية، واختبار انحياز الشبكة عند درجة الحرارة العالية، واختبار الحجب للرطوبة العالية ودرجة الحرارة العالية، واختبار دورة الطاقة (المستوى الثاني).

الجدول 2. متطلبات اختبار موثوقية الرقاقة

وبالنظر إلى أن أجزاء السيارة غالبا ما تتعرض لظروف مناخية قاسية، فمن الضروري التأكد من حماية منتجات السيارات من التآكل أو الأكسدة تحت درجات الحرارة العالية والرطوبة العالية والضغط العالي. من بينها، يعتمد اختبار حجب درجات الحرارة العالية والرطوبة العالية على الجهد الكهربي 80 فولت المطلوب بواسطة AEC-Q101، ولكن بالنظر إلى أن جهد الناقل أعلى بكثير من 80 فولت في ظروف التشغيل الفعلية، فقد تم تصميم HV-H³؛ اختبار تي آر بي. من أجل اجتياز اختبار حجب درجة الحرارة العالية والرطوبة العالية، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لتصميم طبقة التخميل في تصميم الرقاقة.

الشكل 2. نتائج الاختبار قبل وبعد تحسين طبقة التخميل

اختبار PCsec هو محاكاة التغير في درجة حرارة وصلة السلك والرقاقة الناتجة عن تغير الحمل في التطبيق العملي، ونتيجة الاختبار هي العمر الافتراضي (رقم الدورة) في ظل ظروف ارتفاع درجة الحرارة المحددة. أثناء الاختبار، تم تطبيق تيار حمل ثانٍ على وحدة IGBT، وتم تعديل درجة حرارة نظام التبريد لجعل درجة حرارة الوصلة تصل إلى أقصى درجة حرارة عمل مسموح بها. في هذه العملية، نقوم بشكل أساسي باختبار موثوقية نقطة الاتصال بين سلك الترابط والشريحة وطبقة الترابط بين شريحة IGBT وDCB. شرط إنهاء الاختبار هو أن يتجاوز انخفاض جهد التوصيل 5٪ من القيمة الأولية أو أن تتجاوز المقاومة الحرارية للنظام 20٪ من القيمة الأولية.

الشكل 3. اختبار الكمبيوتر (ثانية) وظاهرة الفشل

02

موثوقية التغليف

تتضمن عناصر الاختبار المتعلقة بموثوقية الحزمة الاهتزاز/الصدمة الميكانيكية، ودورة الطاقة (PCsec/PCmin)، وصدمة درجة الحرارة، ودورة درجة الحرارة (السلبي)، والتخزين في درجة حرارة عالية/منخفضة، ودرجة حرارة اللحام واختبار قابلية اللحام.

الجدول 3. متطلبات اختبار موثوقية الحزمة

فيما يتعلق بالاهتزاز الميكانيكي، مع الأخذ في الاعتبار اختلاف متطلبات وضع التثبيت على مستوى الاهتزاز (شدته)، لا يوجد حد محدد هنا، ويجب اختيار مستوى الاهتزاز وفقًا لوضع التثبيت على جسم السيارة (راجع جيجابايت/T 28046.3-2011). سيؤدي اختبار الاهتزاز الميكانيكي إلى تشقق سلك الربط نفسه، وفك سلك الربط والموصلات الأخرى ذات الصلة، وتشقق غلاف التغليف، وما إلى ذلك. لذلك، يجب أن تلبي وحدات IGBT مستوى الشدة ذي الصلة.

الشكل 4. فشل سلك الربط الناجم عن الاهتزاز الميكانيكي

الفرق الرئيسي بين اختبار دورة الطاقة (PCsec/PCmin) واختبار دورة درجة الحرارة/الصدمة هو مصدر الحرارة. تقوم دورة الطاقة بتسخين الشريحة من خلال تيار الحمل، بينما تقوم دورة درجة الحرارة/الصدمة بتسخين الحزمة بأكملها بواسطة مصدر الحرارة الخارجي.

1. 
   

   دورة الطاقة (PCsec): تحقق من موثوقية نقطة الاتصال بين سلك الربط والرقاقة وموثوقية طبقة الربط بين الشريحة وDCB.
   

2. دورة الطاقة (PCmin): تحقق من موثوقية نقطة الاتصال بين سلك الربط والرقاقة، وموثوقية طبقة الترابط بين الشريحة وDCB، وموثوقية طبقة الترابط بين DCB واللوحة الأساسية.
   

3. دورة درجة الحرارة (TC): قم بتسخين الحزمة بأكملها ببطء من أسفل اللوح الأساسي للتحقق من موثوقية الاتصال بين المواد ذات معاملات التمدد الحراري المختلفة.
   

4. صدمة درجة الحرارة (TST): ضع وحدة IGBT بسرعة (< 30 ثانية) من بيئة ذات درجة حرارة عالية (درجة حرارة منخفضة) إلى بيئة ذات درجة حرارة منخفضة (درجة حرارة عالية)، وتحقق من قدرة الوحدة على التكيف في ظل مشهد التناوب السريع في درجة الحرارة.

   
   

   
   

الشكل 5. مخطط الطبقات لوحدة IGBT

اختبار التخزين في درجات الحرارة العالية والمنخفضة هو النظر في الحد الأدنى لوقت تخزين وحدة IGBT في بيئة درجة حرارة محددة. تم اقتراح درجة حرارة اللحام وقابلية اللحام لدبوس الإشارة على وحدة IGBT، ويجب أن يلبي دبوس الإشارة للضغط أيضًا متطلبات قابلية اللحام.

أخيرًا، يعد QC/T 1136-2020 معيارًا موصى به لاختبار الموثوقية البيئية لوحدات IGBT للسيارات، والذي يتضمن عناصر الاختبار والمتطلبات المتعلقة بموثوقية الشريحة وموثوقية الحزمة في الوحدات. لقد تراكمت لدى Yingling سنوات عديدة من الخبرة العملية في صناعة أشباه موصلات الطاقة، وهي ملتزمة بتزويد عملائنا بمنتجات السيارات ذات الموثوقية العالية.

إخلاء المسؤولية: هذا المقال مستنسخ من "Infineon Automotive Electronics Ecosphere". تمثل هذه المقالة فقط آراء المؤلف الشخصية، ولا تمثل آراء Sacco Micro والصناعة. إنه مخصص فقط لإعادة الطباعة والمشاركة لدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يرجى الإشارة إلى المصدر الأصلي والمؤلف عند إعادة الطبع. وفي حالة وجود أي مخالفة يرجى التواصل معنا لحذفها.

هاتف الشركة: +86-0755-83044319
فاكس/فاكس: +86-0755-83975897
بريد إلكتروني: 1615456225@qq.com
س: 3518641314 مدير لي
ف ف: 332496225 مدير تشيو
العنوان: الغرفة 809، المبنى C، مبنى Zhantao Technology، رقم 1079 شارع Minzhi، منطقة Longhua الجديدة، Shenzhen