IGBT, המכונה במלואו טרנזיסטור דו-קוטבי מבודד, הוא התקן מוליך למחצה הנמצא בשימוש נרחב בתעשיית האלקטרוניקה הספקית. המודול המתואר כאן הוא צורת אריזה ספציפית, שהיא נושאת שבב IGBT וממלאת תפקיד מגן.

בשנים האחרונות, עם ההתפתחות הנמרצת של תעשיית הרכב המופעלת על ידי אנרגיה חדשה, צצו יותר ויותר מוצרי IGBT לרכב. הכרת תקני המוליכים למחצה של תעשיית הרכב יכולה להעמיק את ההבנה של מאפייני המכשיר ולעזור למפתחים לבחור מוצרים מתאימים.

תקן מוליכים למחצה

בתוך מערכת התקן מוליכים למחצה, ישנם JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council), IEC (International Electrotechnical Commission) ותקנים נוספים.

תקן תעשיית הרכב

בתעשיית הרכב, קיים תקן AEC (מועצת האלקטרוניקה לרכב), ו-AQG324, מפרט בדיקת האמינות עבור מודולי IGBT בכלי רכב, פורסם על ידי ECPE (המרכז האירופי לאלקטרוניקה של הספק), בשם LV324 בשלב מוקדם, ונערך על ידי יצרניות הרכב פולקסווגן, אאודי, BMW, פורשה ודיימלר.

תקן IGBT לרכב QC/T 1136

בהובלת CATARC בסין, חברת FAW בסין כתבה את תקן QC/T 1136-2020 Environmental Test Requirements and Test Methods for Insulated Gate Bipolar Transistor Modules for Electric Vehicles, שפורסם לראשונה ב-1 באפריל 2021. זהו התקן המקומי הראשון למודולי IGBT לרכבים, והוא משמש לתקינה של פריטי בדיקת אמינות ודרישות של ספקי מוליכים למחצה במודולי IGBT. כחברה בקבוצת הניסוח, Infineon השתתפה בניסוח התקן.

תקן QC/T 1136-2020 מפרט את הדרישות ושיטות הבדיקה של יכולת הסתגלות סביבתית של מודולי IGBT עבור כלי רכב חשמליים. הטקסט המלא מחולק לשמונה חלקים, שהם הקדמה, היקף, מסמכי ציטוט נורמטיביים, מונחים והגדרות, סמלים וקיצורים, דרישות הסתגלות סביבתיות, שיטות בדיקה וספח. הפרק החמישי הוא הדרישות של הסתגלות סביבתית (ראה טבלה 1), והפרק השישי הוא שיטת הבדיקה. אלא אם צוין אחרת, כל הבדיקות יבוצעו בתנאי הסביבה הבאים:

-סביבה: +18℃ ~+28℃;
-לחות יחסית: 45% ~ 75%;
-לחץ אטמוספרי: 86 kPa ~ 106 kPa;
-גובה: לא יותר מ-1000 מטר. אם הוא חורג מ-1000 מטר, הוא יתוקן בהתאם להוראות הרלוונטיות של GB/T18488.1-2015.

טבלה 1. דרישות בדיקה סביבתית QC/T 1136 וסימון ייחוס של מודול IGBT לרכב

בטבלה 1, ניתן לסווג את פריטי הבדיקה לשתי קטגוריות: אמינות שבב ואמינות חבילה, ביניהן:

01

אמינות שבב

פריטי בדיקה הקשורים לאמינות השבבים כוללים בדיקת חסימה בטמפרטורה גבוהה, בדיקת הטיית רשת בטמפרטורה גבוהה, בדיקת חסימה במתח גבוה בטמפרטורה גבוהה ולחות גבוהה ובדיקת מחזור חשמל (רמה שנייה).

טבלה 2. דרישות לבדיקת אמינות שבב

בהתחשב בכך שחלקי רכב חשופים לעתים קרובות לתנאי מזג אוויר קשים, יש צורך להבטיח שמוצרי רכב מוגנים מפני קורוזיה או חמצון בטמפרטורה גבוהה, לחות גבוהה ולחץ גבוה. ביניהם, בדיקת החסימה בטמפרטורה גבוהה ולחות גבוהה מבוססת על המתח של 80V הנדרש על-ידי AEC-Q101, אך בהתחשב בכך שמתח האוטובוס גבוה בהרבה מ-80V בתנאי הפעלה בפועל, HV-H³ מתוכנן; מבחן TRB. על מנת לעבור את מבחן חסימת הטמפרטורה הגבוהה והלחות הגבוהה, יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לתכנון שכבת הפסיבציה בתכנון שבבים.

איור 2. תוצאות בדיקה לפני ואחרי אופטימיזציה של שכבת הפסיבציה

מבחן PCsec הוא לדמות את השינוי של טמפרטורת חוט החיבור והשבב שנגרם על ידי שינוי עומס ביישום מעשי, ותוצאת הבדיקה היא החיים (מספר מחזור) בתנאי עליית טמפרטורה ספציפיים. במהלך הבדיקה, הופעל זרם עומס שני על מודול ה-IGBT, וטמפרטורת מערכת הקירור הותאמה כדי לגרום לטמפרטורת הצומת להגיע לטמפרטורת העבודה המקסימלית המותרת. בתהליך זה, אנו בודקים בעיקר את אמינות נקודת החיבור בין חוט ההדבקה לשבב ואת שכבת ההדבקה בין שבב IGBT ל-DCB. תנאי סיום הבדיקה הוא שמפל מתח ההולכה עולה על 5% מהערך ההתחלתי או שההתנגדות התרמית של המערכת עולה על 20% מהערך ההתחלתי.

איור 3. תופעת בדיקות וכשל במחשב (שני).

02

אמינות אריזה

פריטי בדיקה הקשורים לאמינות החבילה כוללים רטט/הלם מכאני, מחזור חשמל (PCsec/PCmin), הלם טמפרטורה, מחזור טמפרטורה (פאסיבי), אחסון בטמפרטורה גבוהה/נמוכה, טמפרטורת הלחמה ובדיקת יכולת הלחמה.

טבלה 3. דרישות בדיקת אמינות החבילה

מבחינת רטט מכאני, בהתחשב בהבדל בדרישות מיקום ההתקנה ברמת הרטט (חומרה), לא ניתנת כאן מגבלה ספציפית, ויש לבחור את רמת הרטט בהתאם למיקום ההתקנה על גוף הרכב (עיין ב GB/T 28046.3-2011). בדיקת רטט מכני תוביל לסדיקה של חוט הקישור עצמו, להתרופפות חוט הקישור ומחברים קשורים אחרים, לסדיקה של מעטפת האריזה וכו'. לכן, מודולי IGBT חייבים לעמוד ברמת החומרה הרלוונטית.

איור 4. כשל של חוט קשירה הנגרמת על ידי רטט מכני

ההבדל העיקרי בין בדיקת מחזור חשמל (PCsec/PCmin) לבין בדיקת מחזור/הלם טמפרטורה הוא מקור החום. מחזור החשמל מחמם את השבב באמצעות זרם העומס, בעוד שמחזור הטמפרטורה/הלם מחמם את כל החבילה על ידי מקור החום החיצוני.

1. 
   

   מחזור חשמל (PCsec): בדוק את מהימנות נקודת החיבור בין חוט ההדבקה לשבב ואת מהימנות שכבת ההדבקה בין השבב ל-DCB.
   

2. מחזור הספק (PCmin): בדוק את מהימנות נקודת החיבור בין חוט ההדבקה לשבב, את מהימנות שכבת ההדבקה בין השבב ל-DCB ואת מהימנות שכבת ההדבקה בין DCB ל-Baseplate.
   

3. מחזור טמפרטורה (TC): לחמם באיטיות את כל החבילה מתחתית ה-Baseplate כדי לבדוק את מהימנות החיבור בין חומרים בעלי מקדמי התפשטות תרמית שונים.
   

4. הלם טמפרטורה (TST): העבר במהירות (< 30 שניות) את מודול ה-IGBT מסביבה בעלת טמפרטורה גבוהה (טמפרטורה נמוכה) לסביבה בעלת טמפרטורה נמוכה (טמפרטורה גבוהה), ובדוק את יכולת ההסתגלות של המודול לזירה של שינויי טמפרטורה מהירים.

   
   

   
   

איור 5. דיאגרמת שכבות של מודול IGBT

בדיקת אחסון בטמפרטורה גבוהה-נמוכה נועדה לבחון את זמן האחסון המינימלי של מודול IGBT בסביבת טמפרטורה ספציפית. טמפרטורת הריתוך ויכולת ההלחמה מוצעות עבור פין האות על מודול IGBT, ופין האות ללחיצה צריך גם הוא לעמוד בדרישות יכולת ההלחמה.

לבסוף, QC/T 1136-2020 הוא תקן מומלץ לבדיקת אמינות סביבתית של מודולי IGBT לרכב, הכולל פריטי בדיקה ודרישות הקשורים לאמינות השבב ואמינות המארז במודולים. Yingling צברה שנים רבות של ניסיון מעשי בתעשיית מוליכים למחצה, והיא מחויבת לספק ללקוחותינו מוצרי רכב בעלי אמינות גבוהה.

כתב ויתור: מאמר זה משוכפל מתוך "Infineon Automotive Electronics Ecosphere". מאמר זה מייצג רק את דעותיו האישיות של המחבר, ואינו מייצג את דעותיהם של Sacco Micro והתעשייה. זה מיועד רק להדפסה מחדש ולשיתוף כדי לתמוך בהגנה על זכויות קניין רוחני. אנא ציינו את המקור והמחבר המקורי בעת ההדפסה מחדש. אם יש הפרה כלשהי, אנא צור איתנו קשר כדי למחוק אותה.

טל' חברה: +86-0755-83044319
פקס/פקס:+86-0755-83975897
דוא"ל: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 מנהל לי
QQ: 332496225 מנהל Qiu
כתובת: חדר 809, בלוק C, בניין Zhantao Technology, מס' 1079 Minzhi Avenue, Longhua New District, שנזן