IGBT, yang secara lengkap disebut transistor bipolar gerbang terisolasi, adalah perangkat semikonduktor yang banyak digunakan dalam industri elektronika daya. Modul yang dijelaskan di sini adalah bentuk kemasan khusus, yang merupakan pembawa chip IGBT dan memainkan peran pelindung.

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan pesatnya perkembangan industri otomotif energi baru, semakin banyak produk IGBT otomotif yang muncul. Mengetahui standar semikonduktor industri otomotif dapat memperdalam pemahaman tentang karakteristik perangkat dan membantu pengembang memilih produk yang sesuai.

Standar semikonduktor

Dalam sistem standar semikonduktor terdapat JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council), IEC (International Electrotechnical Commission) dan standar lainnya.

Standar industri otomotif

Dalam industri otomotif, ada standar AEC (Automotive Electronics Council), dan AQG324, spesifikasi uji keandalan untuk modul IGBT pada kendaraan, diterbitkan oleh ECPE (European Center for Power Electronics), diberi nama LV324 pada tahap awal, dan disusun oleh produsen mobil Volkswagen, Audi, BMW, Porsche dan Daimler.

Standar IGBT Otomotif QC/T 1136

Dipimpin oleh CATARC di Tiongkok, China FAW menyusun QC/T 1136-2020 Persyaratan Uji Lingkungan dan Metode Uji untuk Modul Transistor Bipolar Gerbang Terisolasi untuk Kendaraan Listrik, yang pertama kali diterbitkan pada 1 April 2021. Standar ini merupakan standar domestik pertama untuk modul IGBT kendaraan, dan digunakan untuk menstandardisasi item uji keandalan dan persyaratan pemasok semikonduktor dalam modul IGBT. Sebagai anggota kelompok penyusun, Infineon berpartisipasi dalam perumusan standar tersebut.

QC/T 1136-2020 menetapkan persyaratan dan metode pengujian adaptasi lingkungan modul IGBT untuk kendaraan listrik. Teks lengkap dibagi menjadi delapan bagian, yaitu kata pengantar, ruang lingkup, dokumen kutipan normatif, istilah dan definisi, simbol dan singkatan, persyaratan adaptasi lingkungan, metode pengujian dan lampiran. Bab kelima adalah persyaratan kemampuan adaptasi lingkungan (lihat Tabel 1), dan bab keenam adalah metode pengujian. Kecuali ditentukan lain, semua pengujian harus dilakukan dalam kondisi lingkungan berikut:

-Lingkungan:+18℃ ~+28℃;
-Kelembaban relatif: 45% ~ 75%;
-Tekanan atmosfer: 86 kPa ~ 106 kPa;
-Ketinggian: tidak lebih dari 1000 meter. Jika melebihi 1000m, maka harus diperbaiki sesuai dengan ketentuan terkait GB/T18488.1-2015.

Tabel 1. Persyaratan Uji Lingkungan QC/T 1136 dan Penandaan Referensi Modul IGBT Otomotif

Pada Tabel 1, item pengujian dapat diklasifikasikan menjadi dua kategori: keandalan chip dan keandalan paket, di antaranya:

01

Keandalan chip

Item pengujian yang terkait dengan keandalan chip meliputi uji pemblokiran suhu tinggi, uji bias jaringan suhu tinggi, uji pemblokiran tegangan tinggi, suhu tinggi, kelembaban tinggi, dan pengujian siklus daya (tingkat kedua).

Tabel 2. Persyaratan uji reliabilitas chip

Mengingat suku cadang mobil sering terkena kondisi cuaca buruk, maka produk otomotif perlu dilindungi dari korosi atau oksidasi pada suhu tinggi, kelembapan tinggi, dan tekanan tinggi. Diantaranya, uji pemblokiran suhu tinggi dan kelembaban tinggi didasarkan pada tegangan 80V yang disyaratkan oleh AEC-Q101, tetapi mengingat tegangan bus jauh lebih tinggi dari 80V dalam kondisi pengoperasian sebenarnya, HV-H³ dirancang; tes TRB. Untuk lulus uji pemblokiran suhu tinggi dan kelembaban tinggi, perhatian khusus harus diberikan pada desain lapisan pasivasi dalam desain chip.

Gambar 2. Hasil pengujian sebelum dan sesudah optimasi lapisan pasivasi

Pengujian PCsec adalah untuk mensimulasikan perubahan suhu sambungan kawat dan chip yang disebabkan oleh perubahan beban dalam aplikasi praktis, dan hasil pengujian adalah umur (nomor siklus) dalam kondisi kenaikan suhu tertentu. Selama pengujian, arus beban kedua diterapkan ke modul IGBT, dan suhu sistem pendingin disesuaikan untuk membuat suhu sambungan mencapai suhu kerja maksimum yang diizinkan. Dalam proses ini, kami terutama menguji keandalan titik koneksi antara kawat pengikat dan chip serta lapisan pengikat antara chip IGBT dan DCB. Kondisi terminasi pengujian adalah penurunan tegangan konduksi melebihi 5% dari nilai awal atau ketahanan termal sistem melebihi 20% dari nilai awal.

Gambar 3. Pengujian PC(detik) dan Fenomena Kegagalan

02

Keandalan kemasan

Item pengujian yang terkait dengan keandalan paket meliputi getaran/guncangan mekanis, siklus daya (PCsec/PCmin), guncangan suhu, siklus suhu (pasif), penyimpanan suhu tinggi/rendah, suhu penyolderan, dan uji kemampuan solder.

Tabel 3. Persyaratan uji reliabilitas paket

Dalam hal getaran mekanis, mengingat perbedaan persyaratan posisi pemasangan dan tingkat getaran (keparahan), tidak ada batasan khusus yang diberikan di sini, dan tingkat getaran harus dipilih sesuai dengan posisi pemasangan pada badan kendaraan (lihat ke GB/T 28046.3-2011). Uji getaran mekanis akan menyebabkan keretakan pada kawat pengikat itu sendiri, mengendurnya kawat pengikat dan konektor terkait lainnya, serta keretakan pada cangkang kemasan, dll. Oleh karena itu, modul IGBT harus memenuhi tingkat keparahan yang relevan.

Gambar 4. Kegagalan pengikatan kawat akibat getaran mekanis

Perbedaan utama antara uji siklus daya (PCsec/PCmin) dan siklus suhu/uji kejut adalah sumber panasnya. Siklus daya memanaskan chip melalui arus beban, sedangkan siklus/kejutan suhu memanaskan seluruh paket melalui sumber panas eksternal.

1. 
   

   Siklus daya (PCsec): Periksa keandalan titik koneksi antara kabel pengikat dan chip dan keandalan lapisan pengikat antara chip dan DCB.
   

2. Siklus daya (PCmin): memeriksa keandalan titik sambungan antara kabel pengikat dan chip, keandalan lapisan pengikat antara chip dan DCB, dan keandalan lapisan pengikat antara DCB dan Baseplate.
   

3. Siklus suhu (TC): panaskan seluruh kemasan secara perlahan dari bagian bawah Pelat Dasar untuk memeriksa keandalan sambungan antara bahan dengan koefisien muai panas yang berbeda.
   

4. Kejutan suhu (TST): dengan cepat (< 30 detik) tempatkan modul IGBT dari lingkungan suhu tinggi (suhu rendah) ke lingkungan suhu rendah (suhu tinggi), dan periksa kemampuan beradaptasi modul di bawah situasi pergantian suhu yang cepat.

   
   

   
   

Gambar 5. Diagram pelapisan modul IGBT

Uji penyimpanan suhu tinggi-rendah adalah untuk mempertimbangkan waktu penyimpanan minimum modul IGBT dalam lingkungan suhu tertentu. Suhu pengelasan dan kemampuan penyolderan diusulkan untuk Pin sinyal pada modul IGBT, dan Pin sinyal untuk crimping juga harus memenuhi persyaratan kemampuan penyolderan.

Terakhir, QC/T 1136-2020 adalah standar yang direkomendasikan untuk uji keandalan lingkungan modul IGBT otomotif, yang mencakup item uji dan persyaratan terkait keandalan chip dan keandalan paket dalam modul. Yingling telah mengumpulkan pengalaman praktis selama bertahun-tahun di industri semikonduktor daya, dan berkomitmen untuk menyediakan produk otomotif dengan keandalan tinggi kepada pelanggan kami.

Penafian: Artikel ini direproduksi dari "Infineon Automotive Electronics Ecosphere". Artikel ini hanya mewakili pandangan pribadi penulis, dan tidak mewakili pandangan Sacco Micro dan industri. Ini hanya untuk dicetak ulang dan dibagikan untuk mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual. Harap sebutkan sumber asli dan penulisnya saat mencetak ulang. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.

Telp Perusahaan: +86-0755-83044319
Faks/faks:+86-0755-83975897
Surel: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Manajer Li
QQ: 332496225 Manajer Qiu
Alamat: Kamar 809, Blok C, Gedung Teknologi Zhantao, No.1079 Minzhi Avenue, Distrik Baru Longhua, Shenzhen