IGBT は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタとも呼ばれ、パワーエレクトロニクス業界で広く使用されている半導体デバイスです。 ここで説明するモジュールは、IGBT チップのキャリアであり、保護の役割を果たす特殊なパッケージ形式です。

近年、新エネルギー自動車産業の活発な発展に伴い、車載用 IGBT 製品がますます多く登場しています。 自動車業界の半導体規格を知ることで、デバイスの特性への理解が深まり、開発者が適切な製品を選択するのに役立ちます。

半導体規格

半導体標準体系の中には、JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council)、IEC (International Electrotechnical Commission) などの規格があります。

自動車業界の標準

自動車業界にはAEC（Automotive Electronics Council）規格があり、車載IGBTモジュールの信頼性試験規格であるAQG324はECPE（European Center for Power Electronics）により発行され、初期にはLV324と命名され、自動車メーカーのフォルクスワーゲン、アウディ、BMW、ポルシェ、ダイムラーによってまとめられました。

QC/T 1136 車載用IGBT規格

中国第一汽車は、中国電気自動車研究院（CATARC）の主導の下、電気自動車用絶縁ゲートバイポーラトランジスタモジュールの環境試験要求及び試験方法QC/T 1136-2020を策定し、1年2021月XNUMX日に初公布されました。これは車載用IGBTモジュールに関する初の中国規格であり、IGBTモジュールにおける信頼性試験項目と半導体サプライヤーの要求事項を標準化するものです。インフィニオンは起草グループの一員として、この規格の策定に参画しました。

QC/T 1136-2020 は、電気自動車用 IGBT モジュールの環境適応性の要件とテスト方法を規定しています。 全文は、序文、適用範囲、引用規範文書、用語と定義、記号と略語、環境適応要件、試験方法、付録の 8 つの部分に分かれています。 第 1 章は環境適応性の要件 (表 XNUMX 参照)、第 XNUMX 章は試験方法です。 特に指定がない限り、すべてのテストは次の環境条件下で実行されます。

-環境: +18℃ ~ +28℃;
-相対湿度: 45% ~ 75%。
-大気圧：86kPa～106kPa
-標高: 1000メートル以下。 1000m を超える場合は、GB/T18488.1-2015 の関連規定に従って修正されます。

表1. QC/T 1136 車載用IGBTモジュールの環境試験要件と参照マーキング

表 1 では、テスト項目はチップ信頼性とパッケージ信頼性の XNUMX つのカテゴリに分類できます。：

01

チップの信頼性

チップの信頼性に関わる試験項目には、高温遮断試験、高温グリッドバイアス試験、高電圧高温高湿遮断試験、パワーサイクル（第2レベル）試験などがあります。

表 2. チップ信頼性テストの要件

自動車部品は厳しい気象条件にさらされることが多いため、高温、高湿、高圧下での腐食や酸化を確実に防ぐ必要があります。 このうち、高温高湿遮断試験は、AEC-Q80で要求される101Vの電圧を基準としていますが、実際の動作条件ではバス電圧が80Vよりもはるかに高いことを考慮して、HV-H3は設計されています。 TRBテスト。 高温高湿遮断テストに合格するには、チップ設計時のパッシベーション層の設計に特別な注意を払う必要があります。

図 2. パッシベーション層の最適化前後のテスト結果

PCsec試験は、実使用時の負荷変化によるボンディングワイヤやチップジャンクション温度の変化をシミュレーションするもので、試験結果は特定の温度上昇条件下での寿命（サイクル数）となります。 テスト中、IGBT モジュールに第 2 負荷電流が印加され、冷却システムの温度が調整されて、接合部温度が最大許容動作温度に達しました。 この工程では、主にボンディングワイヤとチップ間の接続点、および IGBT チップと DCB 間のボンディング層の信頼性をテストします。 試験の終了条件は、導通電圧降下が初期値の 5% を超えるか、システム熱抵抗が初期値の 20% を超えることです。

図 3. PC(sec) テストと障害現象

02

包装の信頼性

パッケージの信頼性に関する試験項目には、機械的振動/衝撃、パワーサイクル(PCsec/PCmin)、温度衝撃、温度サイクル(パッシブ)、高温/低温保管、はんだ付け温度、はんだ付け性試験などがあります。

表 3. パッケージ信頼性テストの要件

機械振動に関しては、設置位置による振動レベルの要求の違い（厳しさ）を考慮し、特に制限はありませんが、車体への設置位置に応じて振動レベルを選択してください（参照）。 GB/T 28046.3-2011)。 機械振動試験では、結束線自体の亀裂、結束線やその他の関連コネクタの緩み、パッケージシェルの亀裂などが発生します。したがって、IGBT モジュールは関連する厳しさレベルを満たす必要があります。

図 4. 機械的振動による結束ワイヤの破損

パワーサイクルテスト(PCsec/PCmin)と温度サイクル/衝撃テストの主な違いは熱源です。パワーサイクルは負荷電流を通じてチップを加熱しますが、温度サイクル/衝撃は外部熱源によってパッケージ全体を加熱します。

1. 
   

   パワーサイクル (PCsec): ボンディングワイヤとチップ間の接続点の信頼性、およびチップと DCB 間のボンディング層の信頼性を確認します。
   

2. パワーサイクル (PCmin): ボンディングワイヤとチップ間の接続点の信頼性、チップと DCB 間の接着層の信頼性、および DCB とベースプレート間の接着層の信頼性をチェックします。
   

3. 温度サイクル (TC): ベースプレートの底部からパッケージ全体をゆっくりと加熱し、異なる熱膨張係数を持つ材料間の接続の信頼性をチェックします。
   

4. 温度衝撃（TST）：IGBTモジュールを高温（低温）環境から低温（高温）環境に素早く（30秒未満）置き、急激な温度変化の状況下でのモジュールの適応性を確認します。

   
   

   
   

図5. IGBTモジュールの階層図

高低温保管テストは、特定の温度環境での IGBT モジュールの最小保管時間を検討するためのものです。 IGBT モジュールの信号ピンには溶接温度とはんだ付け性が提案されており、圧着用の信号ピンもはんだ付け性の要件を満たす必要があります。

最後に、QC/T 1136-2020 は、車載用 IGBT モジュールの環境信頼性テストの推奨規格であり、モジュール内のチップ信頼性とパッケージ信頼性に関するテスト項目と要件が含まれています。 インリンはパワー半導体業界で長年の実務経験を蓄積しており、お客様に信頼性の高い車載製品を提供することに尽力しています。

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