IGBT که به طور کامل ترانزیستور دو قطبی با گیت عایق نامیده می‌شود، یک قطعه نیمه‌هادی است که به طور گسترده در صنعت الکترونیک قدرت مورد استفاده قرار می‌گیرد. ماژولی که در اینجا توضیح داده شده است، یک فرم بسته‌بندی خاص است که حامل تراشه IGBT است و نقش محافظتی ایفا می‌کند.

در سال‌های اخیر، با توسعه‌ی شدید صنعت خودروسازی انرژی‌های نو، محصولات IGBT خودرویی بیشتری ظهور کرده‌اند. دانستن استانداردهای نیمه هادی صنعت خودرو می تواند درک ویژگی های دستگاه را عمیق تر کند و به توسعه دهندگان در انتخاب محصولات مناسب کمک کند.

استاندارد نیمه هادی

در سیستم استاندارد نیمه هادی، JEDEC (شورای مهندسی دستگاه های الکترونیکی مشترک)، IEC (کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی) و سایر استانداردها وجود دارد.

استاندارد صنعت خودرو

در صنعت خودرو، استاندارد AEC (شورای الکترونیک خودرو) وجود دارد و AQG324، مشخصات تست قابلیت اطمینان برای ماژول‌های IGBT در خودروها، توسط ECPE (مرکز اروپایی الکترونیک قدرت) منتشر شد که در مراحل اولیه LV324 نامگذاری شد و توسط تولیدکنندگان خودرو مانند فولکس واگن، آئودی، بی‌ام‌و، پورشه و دایملر گردآوری شد.

استاندارد کنترل کیفیت/آزمون ۱۱۳۶ IGBT خودرو

شرکت FAW چین با هدایت CATARC در چین، الزامات آزمایش محیطی QC/T 1136-2020 و روش‌های آزمایش برای ماژول‌های ترانزیستور دوقطبی با گیت عایق‌شده برای وسایل نقلیه الکتریکی را تدوین کرد که برای اولین بار در ۱ آوریل ۲۰۲۱ منتشر شد. این اولین استاندارد داخلی برای ماژول‌های IGBT برای وسایل نقلیه است و برای استانداردسازی اقلام آزمایش قابلیت اطمینان و الزامات تأمین‌کنندگان نیمه‌هادی در ماژول‌های IGBT استفاده می‌شود. شرکت Infineon به عنوان عضوی از گروه تدوین، در تدوین این استاندارد شرکت داشت.

استاندارد کنترل کیفیت/تکنولوژی 1136-2020 الزامات و روش‌های آزمون سازگاری محیطی ماژول‌های IGBT برای وسایل نقلیه الکتریکی را مشخص می‌کند. متن کامل به هشت بخش تقسیم شده است که عبارتند از: مقدمه، دامنه، اسناد استنادی هنجاری، اصطلاحات و تعاریف، نمادها و اختصارات، الزامات سازگاری محیطی، روش‌های آزمون و پیوست. فصل پنجم الزامات سازگاری محیطی (به جدول 1 مراجعه کنید) و فصل ششم روش آزمون است. مگر اینکه طور دیگری مشخص شده باشد، تمام آزمایشات باید تحت شرایط محیطی زیر انجام شوند:

-محیط زیست: +18℃ ~+28℃;
-رطوبت نسبی: 45% ~ 75%؛
-فشار اتمسفر: 86 کیلو پاسکال ~ 106 کیلو پاسکال.
-ارتفاع: حداکثر 1000 متر. اگر از 1000 متر بیشتر شود، باید طبق مفاد مربوطه GB/T18488.1-2015 اصلاح شود.

جدول 1. الزامات آزمون محیطی QC/T 1136 و علامت‌گذاری مرجع ماژول IGBT خودرو

در جدول 1، آیتم های آزمایشی را می توان به دو دسته تقسیم بندی کرد: قابلیت اطمینان تراشه و قابلیت اطمینان بسته، که در میان آنها:

01

قابلیت اطمینان تراشه

موارد تست مربوط به قابلیت اطمینان تراشه شامل تست مسدود کردن دمای بالا، تست بایاس شبکه در دمای بالا، تست مسدود کردن رطوبت بالا با ولتاژ بالا و تست چرخه برق (سطح دوم) است.

جدول 2. الزامات برای تست قابلیت اطمینان تراشه

با توجه به اینکه قطعات خودرو اغلب در معرض شرایط آب و هوایی سخت قرار می گیرند، لازم است اطمینان حاصل شود که محصولات خودرو در برابر خوردگی یا اکسیداسیون در دمای بالا، رطوبت بالا و فشار بالا محافظت می شوند. در میان آنها، تست مسدود کردن دمای بالا و رطوبت بالا بر اساس ولتاژ 80 ولت مورد نیاز AEC-Q101 است، اما با توجه به اینکه ولتاژ باس در شرایط عملیاتی واقعی بسیار بالاتر از 80 ولت است، HV-H3 طراحی شده است. تست TRB برای گذراندن تست مسدود کننده دمای بالا و رطوبت بالا باید به طراحی لایه غیرفعال در طراحی تراشه توجه ویژه ای داشت.

شکل 2. نتایج آزمایش قبل و بعد از بهینه سازی لایه غیرفعال سازی

تست PCsec برای شبیه سازی تغییر دمای سیم اتصال و اتصال تراشه ناشی از تغییر بار در کاربرد عملی است و نتیجه آزمایش عمر (تعداد چرخه) در شرایط افزایش دما خاص است. در طول آزمایش، جریان بار دوم به ماژول IGBT اعمال شد و دمای سیستم خنک‌کننده تنظیم شد تا دمای اتصال به حداکثر دمای کاری مجاز برسد. در این فرآیند، ما عمدتاً قابلیت اطمینان نقطه اتصال بین سیم اتصال و تراشه و لایه اتصال بین تراشه IGBT و DCB را آزمایش می‌کنیم. شرط خاتمه آزمایش این است که افت ولتاژ هدایت از 5 درصد مقدار اولیه یا مقاومت حرارتی سیستم از 20 درصد مقدار اولیه بیشتر شود.

شکل 3. آزمایش کامپیوتر (ثانیه) و پدیده شکست

02

قابلیت اطمینان بسته بندی

موارد تست مربوط به قابلیت اطمینان بسته شامل لرزش/شوک مکانیکی، چرخه قدرت (PCsec/PCmin)، شوک دمایی، چرخه دما (غیرفعال)، ذخیره سازی در دمای بالا/پایین، دمای لحیم کاری و تست لحیم کاری است.

جدول 3. الزامات تست قابلیت اطمینان بسته

از نظر ارتعاش مکانیکی، با توجه به تفاوت الزامات موقعیت نصب بر روی سطح ارتعاش (شدت)، محدودیت خاصی در اینجا ذکر نشده است و سطح ارتعاش باید با توجه به موقعیت نصب روی بدنه خودرو انتخاب شود. GB/T 28046.3-2011). آزمایش ارتعاش مکانیکی منجر به ترک خوردن خود سیم اتصال، شل شدن سیم اتصال و سایر اتصالات مرتبط و ترک خوردن پوسته بسته بندی و غیره خواهد شد. بنابراین، ماژول‌های IGBT باید سطح شدت مربوطه را رعایت کنند.

شکل 4. خرابی سیم اتصال ناشی از لرزش مکانیکی

تفاوت اصلی بین تست چرخه قدرت (PCsec/PCmin) و تست چرخه دما/شوک منبع حرارت است. چرخه قدرت تراشه را از طریق جریان بار گرم می کند، در حالی که چرخه دما/شوک کل بسته را توسط منبع حرارت خارجی گرم می کند.

1. 
   

   چرخه برق (PCsec): قابلیت اطمینان نقطه اتصال بین سیم اتصال و تراشه و قابلیت اطمینان لایه اتصال بین تراشه و DCB را بررسی کنید.
   

2. چرخه برق (PCmin): قابلیت اطمینان نقطه اتصال بین سیم اتصال و تراشه، قابلیت اطمینان لایه اتصال بین تراشه و DCB، و قابلیت اطمینان لایه اتصال بین DCB و Baseplate را بررسی کنید.
   

3. چرخه دما (TC): به آرامی کل بسته را از پایین صفحه پایه گرم کنید تا قابلیت اطمینان اتصال بین مواد با ضرایب انبساط حرارتی متفاوت بررسی شود.
   

4. شوک دمایی (TST): ماژول IGBT را به سرعت (کمتر از 30 ثانیه) از یک محیط با دمای بالا (دمای پایین) به یک محیط با دمای پایین (دمای بالا) منتقل کنید و سازگاری ماژول را در شرایط تغییر سریع دما بررسی کنید.

   
   

   
   

شکل ۵. نمودار لایه‌بندی ماژول IGBT

آزمایش ذخیره‌سازی دمای بالا-پایین، حداقل زمان ذخیره‌سازی ماژول IGBT را در یک محیط با دمای خاص در نظر می‌گیرد. دمای جوشکاری و قابلیت لحیم‌کاری برای پین سیگنال روی ماژول IGBT پیشنهاد شده است، و پین سیگنال برای پرس کردن نیز باید الزامات قابلیت لحیم‌کاری را برآورده کند.

در نهایت، QC/T 1136-2020 یک استاندارد پیشنهادی برای آزمایش قابلیت اطمینان محیطی ماژول‌های IGBT خودرو است که شامل موارد آزمایش و الزامات مربوط به قابلیت اطمینان تراشه و قابلیت اطمینان بسته در ماژول‌ها می‌شود. Yingling سالها تجربه عملی در صنعت نیمه هادی های قدرت جمع آوری کرده است و متعهد به ارائه محصولات خودرویی با قابلیت اطمینان بالا به مشتریان خود است.

سلب مسئولیت: این مقاله از "Infineon Automotive Electronics Ecosphere" بازتولید شده است. این مقاله فقط دیدگاه های شخصی نویسنده را نشان می دهد و دیدگاه های Sacco Micro و صنعت را نشان نمی دهد. این فقط برای تجدید چاپ و به اشتراک گذاری برای حمایت از حمایت از حقوق مالکیت معنوی است. لطفاً هنگام چاپ مجدد منبع و نویسنده اصلی را ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه تخلف، لطفا با ما تماس بگیرید تا آن را حذف کنیم.

تلفن شرکت: +86-0755-83044319
فکس/فکس: +86-0755-83975897
ایمیل: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 مدیر لی
QQ: 332496225 مدیر کیو
آدرس: اتاق 809، بلوک C، ساختمان فناوری Zhantao، خیابان Minzhi شماره 1079، منطقه جدید Longhua، شنژن