L'IGBT, entièrement appelé transistor bipolaire à grille isolée, est un dispositif semi-conducteur largement utilisé dans l'industrie de l'électronique de puissance. Le module décrit ici est une forme d'emballage spécifique, qui est le support de la puce IGBT et joue un rôle protecteur.

Ces dernières années, avec le développement vigoureux de l’industrie automobile à énergie nouvelle, de plus en plus de produits IGBT automobiles ont émergé. Connaître les normes de semi-conducteurs de l'industrie automobile peut approfondir la compréhension des caractéristiques des appareils et aider les développeurs à choisir les produits appropriés.

Norme de semi-conducteur

Au sein du système de normes sur les semi-conducteurs, il existe des normes JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council), CEI (Commission électrotechnique internationale) et d'autres.

Norme de l'industrie automobile

Dans l'industrie automobile, il existe la norme AEC (Automotive Electronics Council) et AQG324, la spécification de test de fiabilité pour les modules IGBT sur les véhicules, a été publiée par l'ECPE (European Center for Power Electronics), nommée LV324 à ses débuts, et compilée par les constructeurs automobiles Volkswagen, Audi, BMW, Porsche et Daimler.

Norme IGBT automobile QC/T 1136

Sous la direction du CATARC en Chine, China FAW a rédigé la norme QC/T 1136-2020 « Exigences et méthodes d'essai environnementales pour les modules de transistors bipolaires à grille isolée pour véhicules électriques », initialement publiée le 1er avril 2021. Il s'agit de la première norme nationale relative aux modules IGBT pour véhicules. Elle sert à normaliser les éléments de test de fiabilité et les exigences des fournisseurs de semi-conducteurs pour les modules IGBT. En tant que membre du groupe de rédaction, Infineon a participé à l'élaboration de la norme.

QC/T 1136-2020 spécifie les exigences et les méthodes d'essai d'adaptabilité environnementale des modules IGBT pour véhicules électriques. Le texte intégral est divisé en huit parties, qui sont la préface, la portée, les documents de référence normatifs, les termes et définitions, les symboles et abréviations, les exigences d'adaptabilité environnementale, les méthodes d'essai et l'annexe. Le cinquième chapitre concerne les exigences d'adaptabilité environnementale (voir tableau 1) et le sixième chapitre concerne la méthode d'essai. Sauf indication contraire, tous les essais doivent être effectués dans les conditions environnementales suivantes :

-Environnement : +18 ℃ ~ + 28 ℃ ;
-Humidité relative : 45 % ~ 75 % ;
-Pression atmosphérique : 86 kPa ~ 106 kPa ;
-Altitude : pas plus de 1000 mètres. S'il dépasse 1000 18488.1 m, il doit être corrigé conformément aux dispositions pertinentes du GB/T2015-XNUMX.

Tableau 1. QC/T 1136 Exigences relatives aux tests environnementaux et marquage de référence du module IGBT automobile

Dans le tableau 1, les éléments de test peuvent être classés en deux catégories : la fiabilité des puces et la fiabilité des boîtiers, parmi lesquelles:

01

Fiabilité de la puce

Les éléments de test liés à la fiabilité de la puce comprennent un test de blocage à haute température, un test de polarisation de grille à haute température, un test de blocage à haute tension, à haute température et à haute humidité et un test de cycle d'alimentation (deuxième niveau).

Tableau 2. Exigences pour le test de fiabilité des puces

Étant donné que les pièces automobiles sont souvent exposées à des conditions météorologiques difficiles, il est nécessaire de garantir que les produits automobiles sont protégés contre la corrosion ou l’oxydation sous des températures, une humidité et une pression élevées. Parmi eux, le test de blocage à haute température et à haute humidité est basé sur la tension de 80 V requise par AEC-Q101, mais étant donné que la tension du bus est bien supérieure à 80 V dans les conditions de fonctionnement réelles, HV-H³ est conçu ; Test TRB. Afin de réussir le test de blocage à haute température et à haute humidité, une attention particulière doit être accordée à la conception de la couche de passivation dans la conception des puces.

Figure 2. Résultats des tests avant et après l'optimisation de la couche de passivation

Le test PCsec consiste à simuler le changement de température de jonction du fil de liaison et de la puce provoqué par un changement de charge dans une application pratique, et le résultat du test est la durée de vie (numéro de cycle) dans des conditions spécifiques d'augmentation de température. Au cours du test, un deuxième courant de charge a été appliqué au module IGBT et la température du système de refroidissement a été ajustée pour que la température de jonction atteigne la température de fonctionnement maximale autorisée. Dans ce processus, nous testons principalement la fiabilité du point de connexion entre le fil de liaison et la puce et la couche de liaison entre la puce IGBT et le DCB. La condition de fin du test est que la chute de tension de conduction dépasse 5 % de la valeur initiale ou que la résistance thermique du système dépasse 20 % de la valeur initiale.

Figure 3. Phénomène de test et de défaillance du PC (sec)

02

Fiabilité de l'emballage

Les éléments de test liés à la fiabilité du boîtier comprennent les vibrations/chocs mécaniques, le cycle d'alimentation (PCsec/PCmin), le choc thermique, le cycle de température (passif), le stockage à haute/basse température, la température de soudage et le test de soudabilité.

Tableau 3. Exigences des tests de fiabilité des packages

En termes de vibrations mécaniques, compte tenu de la différence des exigences de la position d'installation sur le niveau de vibration (sévérité), aucune limite spécifique n'est donnée ici, et le niveau de vibration doit être sélectionné en fonction de la position d'installation sur la carrosserie du véhicule (voir GB/T 28046.3-2011). Le test de vibration mécanique entraînera la fissuration du fil de liaison lui-même, le desserrage du fil de liaison et d'autres connecteurs associés, ainsi que la fissuration de la coque de l'emballage, etc. Par conséquent, les modules IGBT doivent répondre au niveau de gravité approprié.

Figure 4. Défaillance du fil de ligature causée par des vibrations mécaniques

La principale différence entre le test de cycle d'alimentation (PCsec/PCmin) et le test de cycle de température/choc réside dans la source de chaleur. Le cycle d'alimentation chauffe la puce grâce au courant de charge, tandis que le cycle de température/choc chauffe l'ensemble du boîtier par la source de chaleur externe.

1. 
   

   Cycle d'alimentation (PCsec) : Vérifiez la fiabilité du point de connexion entre le fil de liaison et la puce et la fiabilité de la couche de liaison entre la puce et le DCB.
   

2. Cycle d'alimentation (PCmin) : vérifiez la fiabilité du point de connexion entre le fil de liaison et la puce, la fiabilité de la couche de liaison entre la puce et le DCB et la fiabilité de la couche de liaison entre le DCB et la plaque de base.
   

3. Cycle de température (TC) : chauffer lentement l'ensemble du boîtier depuis le bas de la plaque de base pour vérifier la fiabilité de la connexion entre des matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique différents.
   

4. Choc thermique (TST) : placez rapidement (< 30 s) le module IGBT d'un environnement à haute température (basse température) à un environnement à basse température (haute température) et vérifiez l'adaptabilité du module dans le cadre d'une alternance rapide de température.

   
   

   
   

Figure 5. Diagramme de superposition du module IGBT

Le test de stockage à haute et basse température consiste à prendre en compte la durée de stockage minimale du module IGBT dans un environnement de température spécifique. La température de soudage et la soudabilité sont proposées pour la broche de signal sur le module IGBT, et la broche de signal pour le sertissage doit également répondre aux exigences de soudabilité.

Enfin, QC/T 1136-2020 est une norme recommandée pour les tests de fiabilité environnementale des modules IGBT automobiles, qui comprend des éléments de test et des exigences liés à la fiabilité des puces et à la fiabilité des boîtiers dans les modules. Yingling a accumulé de nombreuses années d'expérience pratique dans l'industrie des semi-conducteurs de puissance et s'engage à fournir à nos clients des produits automobiles de haute fiabilité.

Avis de non-responsabilité : cet article est reproduit à partir de « Infineon Automotive Electronics Ecosphere ». Cet article ne représente que les opinions personnelles de l'auteur et ne représente pas celles de Sacco Micro et de l'industrie. Il est uniquement destiné à la réimpression et au partage afin de soutenir la protection des droits de propriété intellectuelle. Veuillez indiquer la source originale et l'auteur lors de la réimpression. En cas d'infraction, veuillez nous contacter pour la supprimer.

Tél. de l'entreprise : +86-0755-83044319
Fax/fax :+86-0755-83975897
Courriel : 1615456225@qq.com
QQ : 3518641314 Gestionnaire Li
QQ : 332496225 Gestionnaire Qiu
Adresse : salle 809, bloc C, bâtiment technologique Zhantao, avenue Minzhi n° 1079, nouveau district de Longhua, Shenzhen