IGBT, voluit Insulated Gate Bipolar Transistor, is een halfgeleidercomponent die veel wordt gebruikt in de vermogenselektronica-industrie. De hier beschreven module is een specifieke verpakkingsvorm die de drager is van de IGBT-chip en een beschermende rol vervult.

De afgelopen jaren zijn er, met de snelle ontwikkeling van de auto-industrie op basis van nieuwe energieën, steeds meer IGBT-producten voor de automobielindustrie ontstaan. Het kennen van de halfgeleiderstandaarden van de auto-industrie kan het inzicht in de kenmerken van apparaten verdiepen en ontwikkelaars helpen geschikte producten te kiezen.

Halfgeleider standaard

Binnen het halfgeleiderstandaardsysteem zijn er JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council), IEC (International Electrotechnical Commission) en andere standaarden.

Standaard voor de auto-industrie

In de automobielindustrie bestaat de AEC-norm (Automotive Electronics Council) en AQG324, de specificatie voor betrouwbaarheidstests voor IGBT-modules in voertuigen, werd gepubliceerd door ECPE (European Center for Power Electronics). In een vroeg stadium heette deze LV324 en werd samengesteld door de autofabrikanten Volkswagen, Audi, BMW, Porsche en Daimler.

QC/T 1136 Automotive IGBT-standaard

Onder leiding van CATARC in China schreef China FAW QC/T 1136-2020 Environmental Test Requirements and Test Methods for Insulated Gate Bipolar Transistor Modules for Electric Vehicles, die voor het eerst werd gepubliceerd op 1 april 2021. Het is de eerste nationale norm voor IGBT-modules voor voertuigen en wordt gebruikt om de betrouwbaarheidstestonderdelen en -vereisten van halfgeleiderleveranciers voor IGBT-modules te standaardiseren. Infineon was lid van de opstelgroep en nam deel aan de formulering van de norm.

QC/T 1136-2020 specificeert de eisen en testmethoden voor de aanpasbaarheid van IGBT-modules aan de omgeving voor elektrische voertuigen. De volledige tekst is verdeeld in acht delen, namelijk een voorwoord, reikwijdte, normatieve citatiedocumenten, termen en definities, symbolen en afkortingen, vereisten voor aanpassing aan de omgeving, testmethoden en bijlage. Het vijfde hoofdstuk bevat de vereisten voor aanpassingsvermogen aan de omgeving (zie Tabel 1), en het zesde hoofdstuk is de testmethode. Tenzij anders gespecificeerd, moeten alle tests worden uitgevoerd onder de volgende omgevingsomstandigheden:

-Milieu:+18℃ ~+28℃;
-Relatieve vochtigheid: 45% ~ 75%;
-Atmosferische druk: 86 kPa ~ 106 kPa;
-Hoogte: niet meer dan 1000 meter. Als deze groter is dan 1000 m, moet deze worden gecorrigeerd volgens de relevante bepalingen van GB/T18488.1-2015.

Tabel 1. QC/T 1136 Milieutestvereisten en referentiemarkering van de Automotive IGBT-module

In Tabel 1 kunnen de testitems in twee categorieën worden ingedeeld: chipbetrouwbaarheid en pakketbetrouwbaarheid:

01

Chipbetrouwbaarheid

Testitems met betrekking tot de betrouwbaarheid van de chip zijn onder meer een blokkeertest bij hoge temperaturen, een grid bias-test bij hoge temperaturen, een blokkeertest bij hoge temperatuur bij hoge temperatuur en een powercycle-test (tweede niveau).

Tabel 2. Vereisten voor chipbetrouwbaarheidstest

Aangezien auto-onderdelen vaak worden blootgesteld aan barre weersomstandigheden, is het noodzakelijk ervoor te zorgen dat autoproducten worden beschermd tegen corrosie of oxidatie onder hoge temperaturen, hoge vochtigheid en hoge druk. Onder hen is de blokkeringstest bij hoge temperatuur en hoge vochtigheid gebaseerd op de spanning van 80 V die vereist is door AEC-Q101, maar aangezien de busspanning onder werkelijke bedrijfsomstandigheden veel hoger is dan 80 V, is HV-H³ ontworpen; TRB-test. Om de blokkeringstest bij hoge temperatuur en hoge vochtigheid te doorstaan, moet speciale aandacht worden besteed aan het ontwerp van de passivatielaag in het chipontwerp.

Figuur 2. Testresultaten voor en na het optimaliseren van de passivatielaag

De PCsec-test is bedoeld om de verandering van de verbindingsdraad- en chipjunctietemperatuur te simuleren die wordt veroorzaakt door belastingverandering in praktische toepassingen, en het testresultaat is de levensduur (cyclusnummer) onder specifieke temperatuurstijgingsomstandigheden. Tijdens de test werd een tweede belastingstroom op de IGBT-module toegepast en werd de temperatuur van het koelsysteem aangepast om de overgangstemperatuur de maximaal toegestane bedrijfstemperatuur te laten bereiken. Bij dit proces testen we vooral de betrouwbaarheid van het verbindingspunt tussen de bondingdraad en de chip en de bondinglaag tussen de IGBT-chip en de DCB. De testbeëindigingsvoorwaarde is dat de geleidingsspanningsval groter is dan 5% van de initiële waarde of dat de thermische weerstand van het systeem groter is dan 20% van de initiële waarde.

Figuur 3. PC(sec)-testen en storingsfenomeen

02

Betrouwbaarheid van de verpakking

Testitems met betrekking tot de betrouwbaarheid van de verpakking omvatten mechanische trillingen/schokken, stroomcyclus (PCsec/PCmin), temperatuurschok, temperatuurcyclus (passief), hoge/lage temperatuuropslag, soldeertemperatuur en soldeerbaarheidstest.

Tabel 3. Testvereisten voor pakketbetrouwbaarheid

In termen van mechanische trillingen wordt, rekening houdend met het verschil in de vereisten van de installatiepositie op het trillingsniveau (ernst), hier geen specifieke limiet gegeven en moet het trillingsniveau worden geselecteerd op basis van de installatiepositie op de voertuigcarrosserie (zie GB/T 28046.3-2011). Een mechanische trillingstest kan leiden tot scheuren in de binddraad zelf, het losraken van de binddraad en andere bijbehorende connectoren, en scheuren in de behuizing, enz. Daarom moeten IGBT-modules voldoen aan het relevante ernstniveau.

Figuur 4. Falen van binddraad veroorzaakt door mechanische trillingen

Het belangrijkste verschil tussen de stroomcyclustest (PCsec/PCmin) en de temperatuurcyclus/schoktest is de warmtebron. De voedingscyclus verwarmt de chip via de belastingsstroom, terwijl de temperatuurcyclus/schok het hele pakket verwarmt door de externe warmtebron.

1. 
   

   Powercycle (PCsec): Controleer de betrouwbaarheid van het verbindingspunt tussen de verbindingsdraad en de chip en de betrouwbaarheid van de verbindingslaag tussen de chip en DCB.
   

2. Vermogenscyclus (PCmin): controleer de betrouwbaarheid van het verbindingspunt tussen de verbindingsdraad en de chip, de betrouwbaarheid van de verbindingslaag tussen de chip en DCB, en de betrouwbaarheid van de verbindingslaag tussen DCB en de basisplaat.
   

3. Temperatuurcyclus (TC): verwarm langzaam het hele pakket vanaf de onderkant van de grondplaat om de betrouwbaarheid van de verbinding tussen materialen met verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten te controleren.
   

4. Temperatuurschok (TST): plaats de IGBT-module snel (< 30s) van een omgeving met hoge (lage) temperatuur naar een omgeving met lage (hoge) temperatuur en controleer de aanpasbaarheid van de module aan snelle temperatuurwisselingen.

   
   

   
   

Figuur 5. Lagendiagram van de IGBT-module

Bij de opslagtest bij hoge en lage temperaturen wordt gekeken naar de minimale opslagtijd van de IGBT-module in een omgeving met een specifieke temperatuur. De lastemperatuur en soldeerbaarheid worden voorgesteld voor de signaalpin op de IGBT-module. De signaalpin voor het krimpen moet eveneens voldoen aan de soldeerbaarheidsvereisten.

Ten slotte is QC/T 1136-2020 een aanbevolen norm voor milieutesten van IGBT-modules voor de automobielindustrie, die testitems en vereisten omvat met betrekking tot de betrouwbaarheid van chips en de betrouwbaarheid van de behuizing in modules. Yingling heeft vele jaren praktische ervaring opgebouwd in de vermogenshalfgeleiderindustrie en streeft ernaar onze klanten te voorzien van zeer betrouwbare autoproducten.

Disclaimer: dit artikel is overgenomen uit "Infineon Automotive Electronics Ecosphere". Dit artikel vertegenwoordigt alleen de persoonlijke mening van de auteur en vertegenwoordigt niet de mening van Sacco Micro en de industrie. Het herdrukken en delen is alleen bedoeld om de bescherming van intellectuele eigendomsrechten te ondersteunen. Vermeld bij herdruk de originele bron en auteur. Als er sprake is van inbreuk, neem dan contact met ons op om deze te verwijderen.

Bedrijf Tel: +86-0755-83044319
Fax/fax:+86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
Vraag: 3518641314 Manager Li
Vraag: 332496225 Manager Qiu
Adres: Kamer 809, Blok C, Zhantao Technology Building, No.1079 Minzhi Avenue, Longhua New District, Shenzhen