आईजीबीटी, जिसे पूर्णतः इंसुलेटेड गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर कहा जाता है, एक अर्धचालक उपकरण है जिसका व्यापक रूप से विद्युत इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में उपयोग किया जाता है। यहां वर्णित मॉड्यूल एक विशिष्ट पैकेजिंग रूप है, जो IGBT चिप का वाहक है और एक सुरक्षात्मक भूमिका निभाता है।

हाल के वर्षों में, नई ऊर्जा ऑटोमोबाइल उद्योग के जोरदार विकास के साथ, अधिक से अधिक ऑटोमोटिव आईजीबीटी उत्पाद उभरे हैं। ऑटोमोबाइल उद्योग के सेमीकंडक्टर मानकों को जानने से डिवाइस विशेषताओं की समझ गहरी हो सकती है और डेवलपर्स को उपयुक्त उत्पाद चुनने में मदद मिल सकती है।

अर्धचालक मानक

सेमीकंडक्टर मानक प्रणाली के भीतर, JEDEC (संयुक्त इलेक्ट्रॉन डिवाइस इंजीनियरिंग परिषद), IEC (अंतर्राष्ट्रीय इलेक्ट्रोटेक्निकल कमीशन) और अन्य मानक हैं।

ऑटोमोबाइल उद्योग मानक

मोटर वाहन उद्योग में, AEC (ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स काउंसिल) मानक है, और AQG324, वाहनों पर IGBT मॉड्यूल के लिए विश्वसनीयता परीक्षण विनिर्देश, ECPE (यूरोपीय सेंटर फॉर पावर इलेक्ट्रॉनिक्स) द्वारा प्रकाशित किया गया था, जिसे प्रारंभिक चरण में LV324 नाम दिया गया था, और ऑटोमोबाइल निर्माताओं वोक्सवैगन, ऑडी, बीएमडब्ल्यू, पोर्शे और डेमलर द्वारा संकलित किया गया था।

QC/T 1136 ऑटोमोटिव IGBT मानक

चीन में CATARC के नेतृत्व में, चाइना FAW ने QC/T 1136-2020 इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए इंसुलेटेड गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर मॉड्यूल हेतु पर्यावरण परीक्षण आवश्यकताएँ और परीक्षण विधियाँ लिखीं, जो पहली बार 1 अप्रैल, 2021 को प्रकाशित हुई थीं। यह वाहनों के लिए IGBT मॉड्यूल हेतु पहला घरेलू मानक है, और इसका उपयोग IGBT मॉड्यूल में सेमीकंडक्टर आपूर्तिकर्ताओं की विश्वसनीयता परीक्षण मदों और आवश्यकताओं को मानकीकृत करने के लिए किया जाता है। प्रारूपण समूह के सदस्य के रूप में, Infineon ने मानक के निर्माण में भाग लिया।

QC/T 1136-2020 इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए IGBT मॉड्यूल की पर्यावरण अनुकूलनशीलता की आवश्यकताओं और परीक्षण विधियों को निर्दिष्ट करता है। पूर्ण पाठ को आठ भागों में विभाजित किया गया है, जो प्रस्तावना, कार्यक्षेत्र, मानक उद्धरण दस्तावेज़, नियम और परिभाषाएँ, प्रतीक और संक्षिप्ताक्षर, पर्यावरणीय अनुकूलनशीलता आवश्यकताएँ, परीक्षण विधियाँ और परिशिष्ट हैं। पांचवां अध्याय पर्यावरणीय अनुकूलनशीलता की आवश्यकताएं हैं (तालिका 1 देखें), और छठा अध्याय परीक्षण विधि है। जब तक अन्यथा निर्दिष्ट न हो, सभी परीक्षण निम्नलिखित पर्यावरणीय परिस्थितियों में किए जाएंगे:

-पर्यावरण:+18℃ ~+28℃;
-सापेक्षिक आर्द्रता: 45% ~ 75%;
-वायुमंडलीय दबाव: 86 केपीए ~ 106 केपीए;
-ऊंचाई: 1000 मीटर से अधिक नहीं. यदि यह 1000 मीटर से अधिक है, तो इसे जीबी/टी18488.1-2015 के प्रासंगिक प्रावधानों के अनुसार ठीक किया जाएगा।

तालिका 1. QC/T 1136 ऑटोमोटिव IGBT मॉड्यूल की पर्यावरण परीक्षण आवश्यकताएँ और संदर्भ अंकन

तालिका 1 में, परीक्षण वस्तुओं को दो श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है: चिप विश्वसनीयता और पैकेज विश्वसनीयता, जिनमें से:

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चिप विश्वसनीयता

चिप विश्वसनीयता से संबंधित परीक्षण वस्तुओं में उच्च तापमान अवरोधन परीक्षण, उच्च तापमान ग्रिड पूर्वाग्रह परीक्षण, उच्च वोल्टेज उच्च तापमान उच्च आर्द्रता अवरोधन परीक्षण और पावर चक्र (द्वितीय स्तर) परीक्षण शामिल हैं।

तालिका 2. चिप विश्वसनीयता परीक्षण के लिए आवश्यकताएँ

यह ध्यान में रखते हुए कि ऑटोमोबाइल पार्ट्स अक्सर कठोर मौसम की स्थिति के संपर्क में आते हैं, यह सुनिश्चित करना आवश्यक है कि ऑटोमोबाइल उत्पादों को उच्च तापमान, उच्च आर्द्रता और उच्च दबाव के तहत जंग या ऑक्सीकरण से बचाया जाए। उनमें से, उच्च तापमान और उच्च आर्द्रता अवरोधन परीक्षण AEC-Q80 द्वारा आवश्यक 101V के वोल्टेज पर आधारित है, लेकिन यह देखते हुए कि वास्तविक परिचालन स्थितियों में बस वोल्टेज 80V से बहुत अधिक है, HV-H³ डिज़ाइन किया गया है; टीआरबी परीक्षण. उच्च तापमान और उच्च आर्द्रता अवरोधन परीक्षण को पारित करने के लिए, चिप डिजाइन में निष्क्रियता परत के डिजाइन पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए।

चित्र 2. निष्क्रियता परत को अनुकूलित करने से पहले और बाद में परीक्षण के परिणाम

पीसीसेक परीक्षण व्यावहारिक अनुप्रयोग में लोड परिवर्तन के कारण बॉन्डिंग तार और चिप जंक्शन तापमान में परिवर्तन का अनुकरण करना है, और परीक्षण परिणाम विशिष्ट तापमान वृद्धि की स्थिति के तहत जीवन (चक्र संख्या) है। परीक्षण के दौरान, आईजीबीटी मॉड्यूल पर दूसरा लोड करंट लगाया गया, और जंक्शन तापमान को अधिकतम स्वीकार्य कार्य तापमान तक पहुंचाने के लिए शीतलन प्रणाली का तापमान समायोजित किया गया। इस प्रक्रिया में, हम मुख्य रूप से बॉन्डिंग तार और चिप के बीच कनेक्शन बिंदु और आईजीबीटी चिप और डीसीबी के बीच बॉन्डिंग परत की विश्वसनीयता का परीक्षण करते हैं। परीक्षण समाप्ति की स्थिति यह है कि चालन वोल्टेज ड्रॉप प्रारंभिक मूल्य के 5% से अधिक है या सिस्टम थर्मल प्रतिरोध प्रारंभिक मूल्य के 20% से अधिक है।

चित्र 3. पीसी(सेकंड) परीक्षण और विफलता घटना

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पैकेजिंग विश्वसनीयता

पैकेज विश्वसनीयता से संबंधित परीक्षण वस्तुओं में यांत्रिक कंपन/शॉक, पावर चक्र (पीसीसेक/पीसीमिन), तापमान शॉक, तापमान चक्र (निष्क्रिय), उच्च/निम्न तापमान भंडारण, सोल्डरिंग तापमान और सोल्डरबिलिटी परीक्षण शामिल हैं।

तालिका 3. पैकेज विश्वसनीयता परीक्षण आवश्यकताएँ

यांत्रिक कंपन के संदर्भ में, कंपन स्तर (गंभीरता) पर स्थापना स्थिति की आवश्यकताओं के अंतर को ध्यान में रखते हुए, यहां कोई विशिष्ट सीमा नहीं दी गई है, और वाहन निकाय पर स्थापना स्थिति के अनुसार कंपन स्तर का चयन किया जाना चाहिए (देखें) जीबी/टी 28046.3-2011)। यांत्रिक कंपन परीक्षण से बंधन तार में दरार आ जाएगी, बंधन तार और अन्य संबंधित कनेक्टर ढीले हो जाएंगे, और पैकेजिंग शेल में दरार आ जाएगी, आदि। इसलिए, आईजीबीटी मॉड्यूल को प्रासंगिक गंभीरता स्तर को पूरा करना होगा।

चित्र 4. यांत्रिक कंपन के कारण बाइंडिंग तार की विफलता

पावर चक्र परीक्षण (पीसीसेक/पीसीमिन) और तापमान चक्र/शॉक परीक्षण के बीच मुख्य अंतर ताप स्रोत है। पावर चक्र लोड करंट के माध्यम से चिप को गर्म करता है, जबकि तापमान चक्र/शॉक बाहरी ताप स्रोत द्वारा पूरे पैकेज को गर्म करता है।

1. 
   

   पावर चक्र (पीसीसेक): बॉन्डिंग तार और चिप के बीच कनेक्शन बिंदु की विश्वसनीयता और चिप और डीसीबी के बीच बॉन्डिंग परत की विश्वसनीयता की जांच करें।
   

2. पावर चक्र (पीसीमिन): बॉन्डिंग तार और चिप के बीच कनेक्शन बिंदु की विश्वसनीयता, चिप और डीसीबी के बीच बॉन्डिंग परत की विश्वसनीयता और डीसीबी और बेसप्लेट के बीच बॉन्डिंग परत की विश्वसनीयता की जांच करें।
   

3. तापमान चक्र (टीसी): विभिन्न थर्मल विस्तार गुणांक वाली सामग्रियों के बीच कनेक्शन की विश्वसनीयता की जांच करने के लिए बेसप्लेट के नीचे से पूरे पैकेज को धीरे-धीरे गर्म करें।
   

4. तापमान झटका (टीएसटी): जल्दी से (< 30s) आईजीबीटी मॉड्यूल को उच्च तापमान (कम तापमान) वातावरण से कम तापमान (उच्च तापमान) वातावरण में रखें, और तेजी से तापमान परिवर्तन के दृश्य के तहत मॉड्यूल की अनुकूलनशीलता की जांच करें।

   
   

   
   

चित्र 5. आईजीबीटी मॉड्यूल का लेयरिंग आरेख

उच्च-निम्न तापमान भंडारण परीक्षण एक विशिष्ट तापमान वातावरण में IGBT मॉड्यूल के न्यूनतम भंडारण समय पर विचार करना है। वेल्डिंग तापमान और सोल्डरेबिलिटी को आईजीबीटी मॉड्यूल पर सिग्नल पिन के लिए प्रस्तावित किया गया है, और क्रिम्पिंग के लिए सिग्नल पिन को भी सोल्डरेबिलिटी आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए।

अंत में, QC/T 1136-2020 ऑटोमोटिव IGBT मॉड्यूल के पर्यावरण विश्वसनीयता परीक्षण के लिए एक अनुशंसित मानक है, जिसमें मॉड्यूल में चिप विश्वसनीयता और पैकेज विश्वसनीयता से संबंधित परीक्षण आइटम और आवश्यकताएं शामिल हैं। यिंगलिंग ने पावर सेमीकंडक्टर उद्योग में कई वर्षों का व्यावहारिक अनुभव अर्जित किया है, और हमारे ग्राहकों को उच्च-विश्वसनीयता वाले ऑटोमोटिव उत्पाद प्रदान करने के लिए प्रतिबद्ध है।

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