IGBT는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터라고도 불리며, 전력 전자 산업에서 널리 사용되는 반도체 소자입니다. 여기에 설명된 모듈은 IGBT 칩을 운반하고 보호 역할을 하는 특수한 패키징 형태입니다.

최근 몇 년 동안 신에너지 자동차 산업이 급속히 발전함에 따라 점점 더 많은 자동차용 IGBT 제품이 출시되었습니다. 자동차 산업의 반도체 표준을 알면 장치 특성에 대한 이해가 깊어지고 개발자가 적합한 제품을 선택하는 데 도움이 될 수 있습니다.

반도체 표준

반도체 표준 체계에는 JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council), IEC(International Electrotechnical Commission) 등의 표준이 있습니다.

자동차 산업 표준

자동차 산업에서는 AEC(Automotive Electronics Council) 규격이 있고, 차량용 IGBT 모듈의 신뢰성 시험 규격인 AQG324는 ECPE(European Center for Power Electronics)에서 초창기 LV324라는 이름으로 발표되었으며, 폭스바겐, 아우디, BMW, 포르쉐, 다임러 등의 자동차 제조사가 이를 편찬했습니다.

QC/T 1136 자동차용 IGBT 표준

중국 CATARC의 주도로 중국 제일자동차공업(FAW)은 1136년 2020월 1일 최초 발표된 '전기차용 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 모듈의 환경 시험 요건 및 시험 방법'(QC/T 2021-XNUMX)을 작성했습니다. 이 표준은 차량용 IGBT 모듈에 대한 최초의 국내 표준으로, IGBT 모듈에 대한 반도체 공급업체의 신뢰성 시험 항목 및 요건을 표준화하는 데 사용됩니다. 인피니언은 초안 작성 그룹의 일원으로서 이 표준 제정에 참여했습니다.

QC/T 1136-2020은 전기 자동차용 IGBT 모듈의 환경 적응성에 대한 요구 사항과 테스트 방법을 명시합니다. 전체 텍스트는 서문, 범위, 규범적 인용 문서, 용어 및 정의, 기호 및 약어, 환경 적응성 요구 사항, 테스트 방법 및 부록 등 8개 부분으로 구성됩니다. 다섯 번째 장은 환경 적응성 요구 사항(표 1 참조)이고 여섯 번째 장은 테스트 방법입니다. 달리 명시하지 않는 한 모든 테스트는 다음 환경 조건에서 수행되어야 합니다.

-환경:+18℃ ~+28℃;
-상대 습도: 45% ~ 75%;
-대기압: 86kPa ~ 106kPa;
- 고도: 1000미터 이하. 1000m를 초과하는 경우 GB/T18488.1-2015의 관련 규정에 따라 수정해야 합니다.

표 1. 자동차용 IGBT 모듈의 QC/T 1136 환경 시험 요구 사항 및 참조 표시

표 1에서 테스트 항목은 칩 신뢰성과 패키지 신뢰성의 두 가지 범주로 분류할 수 있으며, 그 중:

01

칩 신뢰성

칩 신뢰성 관련 테스트 항목으로는 고온 차단 테스트, 고온 그리드 바이어스 테스트, 고전압 고온 고습 차단 테스트, 파워 사이클(2차 레벨) 테스트 등이 있다.

표 2. 칩 신뢰성 테스트 요구 사항

자동차 부품은 가혹한 기상 조건에 노출되는 경우가 많기 때문에 고온, 고습, 고압 환경에서 자동차 제품이 부식되거나 산화되지 않도록 보호하는 것이 필요합니다. 그 중 고온고습 차단 시험은 AEC-Q80에서 요구하는 101V 전압을 기준으로 하고 있으나, 실제 동작 조건에서는 버스 전압이 80V보다 훨씬 높다는 점을 고려하여 HV-H³를 설계하였다. TRB 테스트. 고온다습 차단 테스트를 통과하려면 칩 설계 시 패시베이션층 설계에 특별한 주의를 기울여야 합니다.

그림 2. 보호층 최적화 전후의 테스트 결과

PCsec 테스트는 실제 애플리케이션에서 부하 변화에 따른 본딩 와이어와 칩 접합 온도의 변화를 시뮬레이션하는 것으로, 테스트 결과는 특정 온도 상승 조건에서의 수명(사이클 수)입니다. 시험 중에 두 번째 부하 전류가 IGBT 모듈에 적용되었고, 냉각 시스템의 온도가 조절되어 접합부 온도가 허용되는 최대 작동 온도에 도달했습니다. 이 과정에서는 주로 본딩 와이어와 칩 사이의 연결 지점, IGBT 칩과 DCB 사이의 본딩층의 신뢰성을 테스트합니다. 테스트 종료 조건은 전도 전압 강하가 초기 값의 5%를 초과하거나 시스템 열 저항이 초기 값의 20%를 초과하는 것입니다.

그림 3. PC(sec) 테스트 및 실패 현상

02

포장 신뢰성

패키지 신뢰성과 관련된 테스트 항목에는 기계적 진동/충격, 전원 주기(PCsec/PCmin), 온도 충격, 온도 주기(Passive), 고온/저온 보관, 납땜 온도 및 납땜성 테스트가 포함됩니다.

표 3. 패키지 신뢰성 테스트 요구 사항

기계적 진동의 경우 진동 수준(심각도)에 대한 설치 위치 요구 사항의 차이를 고려하여 여기에는 특별한 제한이 주어지지 않으며 차체의 설치 위치에 따라 진동 수준을 선택해야 합니다. GB/T 28046.3-2011). 기계적 진동 시험을 실시하면 결속 와이어 자체의 균열, 결속 와이어 및 기타 관련 커넥터의 풀림, 패키징 쉘의 균열 등이 발생합니다. 따라서 IGBT 모듈은 해당 심각도 수준을 충족해야 합니다.

그림 4. 기계적 진동으로 인한 결속 와이어 파손

전원 사이클 테스트(PCsec/PCmin)와 온도 사이클/충격 테스트의 주요 차이점은 열원입니다. 전원 사이클은 부하 전류를 통해 칩을 가열하는 반면, 온도 사이클/충격은 외부 열원에 의해 전체 패키지를 가열합니다.

1. 
   

   전원주기(PCsec): 본딩 와이어와 칩 사이의 연결 지점의 신뢰성과 칩과 DCB 사이의 본딩 레이어의 신뢰성을 확인합니다.
   

2. Power Cycle(PCmin): 본딩 와이어와 칩 간 연결점의 신뢰성, 칩과 DCB 간 본딩층의 신뢰성, DCB와 베이스플레이트 간 본딩층의 신뢰성을 확인합니다.
   

3. 온도주기(TC): 패키지 전체를 Baseplate 하단부터 천천히 가열하여 열팽창 계수가 다른 재료 간의 연결 신뢰성을 확인합니다.
   

4. 온도충격(TST): IGBT 모듈을 고온(저온) 환경에서 저온(고온) 환경으로 빠르게(< 30초) 옮기고, 급격한 온도 변화가 있는 환경에서 모듈의 적응성을 검사합니다.

   
   

   
   

그림 5. IGBT 모듈의 계층도

고온-저온 보관 시험은 특정 온도 환경에서 IGBT 모듈의 최소 보관 시간을 고려하는 시험입니다. IGBT 모듈의 신호 핀에 대한 용접 온도와 납땜성이 제안되고, 크림핑을 위한 신호 핀도 납땜성 요구 사항을 충족해야 합니다.

마지막으로, QC/T 1136-2020은 자동차용 IGBT 모듈의 환경 신뢰성 시험을 위한 권장 표준으로, 모듈 내의 칩 신뢰성 및 패키지 신뢰성과 관련된 시험 항목과 요구 사항을 포함하고 있습니다. Yingling은 전력 반도체 산업에서 다년간의 실무 경험을 축적했으며 고객에게 신뢰성이 높은 자동차 제품을 제공하기 위해 최선을 다하고 있습니다.

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