IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) — полупроводниковый прибор, широко используемый в промышленности силовой электроники. Описанный здесь модуль представляет собой особую форму корпуса, которая является носителем чипа IGBT и играет защитную роль.

В последние годы, в связи с бурным развитием автомобильной промышленности на новых источниках энергии, появляется все больше и больше автомобильных IGBT-устройств. Знание полупроводниковых стандартов автомобильной промышленности может углубить понимание характеристик устройств и помочь разработчикам выбрать подходящие продукты.

Полупроводниковый стандарт

В системе стандартов полупроводников существуют JEDEC (Объединенный совет по разработке электронных устройств), IEC (Международная электротехническая комиссия) и другие стандарты.

Стандарт автомобильной промышленности

В автомобильной промышленности существует стандарт AEC (Совет по автомобильной электронике), а также AQG324 — спецификация испытаний на надежность модулей IGBT на транспортных средствах, опубликованная ECPE (Европейским центром силовой электроники), первоначально называвшаяся LV324 и составленная автопроизводителями Volkswagen, Audi, BMW, Porsche и Daimler.

Стандарт QC/T 1136 для автомобильных IGBT

Под руководством CATARC (Китай), Китайский совет по электротехнике и электронике (FAW) разработал стандарт QC/T 1136-2020 «Требования и методы испытаний на воздействие окружающей среды для модулей биполярных транзисторов с изолированным затвором для электромобилей», впервые опубликованный 1 апреля 2021 года. Это первый отечественный стандарт для модулей IGBT для транспортных средств, который используется для стандартизации пунктов испытаний на надежность и требований поставщиков полупроводниковых приборов для модулей IGBT. Компания Infineon, входя в состав группы разработчиков, участвовала в разработке стандарта.

QC/T 1136-2020 определяет требования и методы испытаний на экологическую адаптивность модулей IGBT для электромобилей. Полный текст разделен на восемь частей: предисловие, область применения, нормативные цитируемые документы, термины и определения, символы и сокращения, требования к адаптации к окружающей среде, методы испытаний и приложение. Пятая глава – требования к экологической адаптации (см. таблицу 1), шестая глава – метод испытаний. Если не указано иное, все испытания должны проводиться при следующих условиях окружающей среды:

-Окружающая среда: +18℃ ~+28℃;
-Относительная влажность: 45% ~ 75%;
-Атмосферное давление: 86 кПа ~ 106 кПа;
-Высота: не более 1000 метров. Если оно превышает 1000 м, оно должно быть скорректировано в соответствии с соответствующими положениями GB/T18488.1-2015.

Таблица 1. Требования к испытаниям на воздействие окружающей среды QC/T 1136 и маркировка автомобильного IGBT-модуля

В таблице 1 тестовые задания можно разделить на две категории: надежность чипа и надежность корпуса, среди которых:

01

Надежность чипа

Элементы испытаний, связанные с надежностью чипа, включают тест на блокировку при высоких температурах, тест на смещение сетки при высоких температурах, тест на блокировку при высоком напряжении, высокой температуре и высокой влажности и тест на блокировку при включении питания (второй уровень).

Таблица 2. Требования к проверке надежности чипа

Учитывая, что автомобильные детали часто подвергаются суровым погодным условиям, необходимо обеспечить защиту автомобильных изделий от коррозии или окисления в условиях высокой температуры, высокой влажности и высокого давления. Среди них испытание на блокировку при высокой температуре и высокой влажности основано на напряжении 80 В, требуемом AEC-Q101, но, учитывая, что напряжение на шине намного выше 80 В в реальных условиях эксплуатации, разработан HV-H³; ТРБ-тест. Чтобы пройти тест на блокировку при высоких температурах и высокой влажности, особое внимание следует уделить конструкции пассивационного слоя в конструкции чипа.

Рисунок 2. Результаты испытаний до и после оптимизации пассивационного слоя

Тест PCsec предназначен для моделирования изменения температуры соединительного провода и соединения микросхемы, вызванного изменением нагрузки в практическом применении, а результатом теста является срок службы (количество циклов) при определенных условиях повышения температуры. В ходе испытания на модуль IGBT подавался второй ток нагрузки, а температура системы охлаждения регулировалась таким образом, чтобы температура перехода достигала максимально допустимой рабочей температуры. В этом процессе мы в основном проверяем надежность точки соединения между соединительным проводом и чипом, а также соединительного слоя между чипом IGBT и DCB. Условием прекращения испытания является то, что падение напряжения проводимости превышает 5 % от исходного значения или термическое сопротивление системы превышает 20 % от исходного значения.

Рисунок 3. Тестирование ПК (сек) и явление сбоя

02

Надежность упаковки

Элементы испытаний, связанные с надежностью корпуса, включают механическую вибрацию/удар, цикл включения и выключения (PCsec/PCmin), температурный удар, температурный цикл (пассивный), хранение при высокой/низкой температуре, температуру пайки и испытание на паяемость.

Таблица 3. Требования к испытаниям надежности упаковки

Что касается механической вибрации, учитывая разницу требований к монтажному положению по уровню (выраженности) вибрации, здесь не указывается конкретный предел, и уровень вибрации следует выбирать в соответствии с монтажным положением на кузове транспортного средства (см. ГБ/Т 28046.3-2011). Испытание на механическую вибрацию может привести к растрескиванию самой проволочной обвязки, ослаблению проволочной обвязки и других связанных с ней соединителей, а также к растрескиванию корпуса корпуса и т. д. Поэтому модули IGBT должны соответствовать соответствующему уровню серьезности.

Рисунок 4. Выход из строя связующей проволоки из-за механической вибрации

Основное различие между тестом силового цикла (PCsec/PCmin) и температурным циклом/ударным тестом заключается в источнике тепла. Цикл питания нагревает чип за счет тока нагрузки, в то время как температурный цикл/удар нагревает весь корпус внешним источником тепла.

1. 
   

   Цикл питания (PCsec): проверьте надежность точки соединения между соединительным проводом и микросхемой, а также надежность связующего слоя между микросхемой и DCB.
   

2. Цикл питания (PCmin): проверьте надежность точки соединения между соединительным проводом и микросхемой, надежность связующего слоя между микросхемой и DCB, а также надежность связующего слоя между DCB и базовой платой.
   

3. Температурный цикл (TC): медленно нагревайте весь пакет снизу опорной плиты, чтобы проверить надежность соединения между материалами с разными коэффициентами теплового расширения.
   

4. Температурный шок (TST): быстро (<30 с) поместите модуль IGBT из среды с высокой температурой (низкой температурой) в среду с низкой температурой (высокой температурой) и проверьте приспособляемость модуля в условиях быстрого изменения температуры.

   
   

   
   

Рисунок 5. Схема слоев IGBT-модуля

Испытание на хранение при высоких и низких температурах проводится с целью определения минимального времени хранения модуля IGBT в определенной температурной среде. Для сигнального контакта на модуле IGBT предлагаются температура сварки и паяемость, а сигнальный контакт для опрессовки также должен соответствовать требованиям по паяемости.

Наконец, QC/T 1136-2020 — это рекомендуемый стандарт для испытаний автомобильных IGBT-модулей на надежность в условиях окружающей среды, который включает в себя тестовые элементы и требования, связанные с надежностью кристаллов и надежностью корпусов в модулях. Yingling накопила многолетний практический опыт работы в силовой полупроводниковой промышленности и стремится предоставлять нашим клиентам высоконадежную автомобильную продукцию.

Отказ от ответственности: Эта статья воспроизведена из «Infineon Automotive Electronics Ecphere». Эта статья отражает только личную точку зрения автора и не отражает точку зрения Sacco Micro и отрасли. Он предназначен только для перепечатки и распространения в целях защиты прав интеллектуальной собственности. При перепечатке просьба указывать первоисточник и автора. Если есть какие-либо нарушения, пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы удалить их.

Тел. компании: +86-0755-83044319
Факс/факс:+86-0755-83975897
Почта: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Менеджер Ли
QQ: 332496225 Менеджер Цю
Адрес: комната 809, блок C, здание Zhantao Technology Building, проспект Минчжи № 1079, новый район Лунхуа, Шэньчжэнь.