IGBT หรือเรียกเต็มๆ ว่าทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์เกตฉนวน เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์กำลัง โมดูลที่อธิบายไว้ที่นี่เป็นรูปแบบบรรจุภัณฑ์เฉพาะซึ่งเป็นตัวพาชิป IGBT และมีบทบาทในการป้องกัน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาอย่างเข้มแข็งของอุตสาหกรรมรถยนต์พลังงานใหม่ ผลิตภัณฑ์ IGBT สำหรับยานยนต์จึงเกิดขึ้นเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ การรู้มาตรฐานเซมิคอนดักเตอร์ของอุตสาหกรรมยานยนต์จะช่วยเพิ่มความเข้าใจคุณลักษณะของอุปกรณ์ให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น และช่วยให้นักพัฒนาเลือกผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมได้

มาตรฐานสารกึ่งตัวนำ

ภายในระบบมาตรฐานเซมิคอนดักเตอร์ มี JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council), IEC (International Electrotechnical Commission) และมาตรฐานอื่นๆ

มาตรฐานอุตสาหกรรมยานยนต์

ในอุตสาหกรรมยานยนต์มีมาตรฐาน AEC (Automotive Electronics Council) และ AQG324 ซึ่งเป็นข้อกำหนดการทดสอบความน่าเชื่อถือสำหรับโมดูล IGBT บนยานพาหนะ ได้รับการเผยแพร่โดย ECPE (European Center for Power Electronics) ตั้งชื่อว่า LV324 ในช่วงเริ่มต้น และรวบรวมโดยผู้ผลิตยานยนต์อย่าง Volkswagen, Audi, BMW, Porsche และ Daimler

QC/T 1136 มาตรฐาน IGBT สำหรับยานยนต์

ภายใต้การนำของ CATARC ในประเทศจีน China FAW ได้จัดทำมาตรฐาน QC/T 1136-2020 Environmental Test Requirements and Test Methods for Insulated Gate Bipolar Transistor Modules for Electric Vehicles ซึ่งเผยแพร่ครั้งแรกเมื่อวันที่ 1 เมษายน 2021 ถือเป็นมาตรฐานแรกในประเทศสำหรับโมดูล IGBT สำหรับยานยนต์ และใช้เพื่อกำหนดมาตรฐานรายการทดสอบความน่าเชื่อถือและข้อกำหนดของซัพพลายเออร์เซมิคอนดักเตอร์ในโมดูล IGBT Infineon ในฐานะสมาชิกกลุ่มร่างมาตรฐาน ได้มีส่วนร่วมในการกำหนดมาตรฐานนี้

QC/T 1136-2020 ระบุข้อกำหนดและวิธีการทดสอบความสามารถในการปรับตัวต่อสิ่งแวดล้อมของโมดูล IGBT สำหรับยานยนต์ไฟฟ้า ข้อความฉบับเต็มแบ่งออกเป็นแปดส่วน ได้แก่ คำนำ ขอบเขต เอกสารอ้างอิงเชิงบรรทัดฐาน ข้อกำหนดและคำจำกัดความ สัญลักษณ์และตัวย่อ ข้อกำหนดด้านการปรับตัวด้านสิ่งแวดล้อม วิธีทดสอบ และภาคผนวก บทที่ห้าคือข้อกำหนดของการปรับตัวด้านสิ่งแวดล้อม (ดูตารางที่ 1) และบทที่หกคือวิธีทดสอบ การทดสอบทั้งหมดจะต้องดำเนินการภายใต้สภาวะแวดล้อมต่อไปนี้ เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น

-สภาพแวดล้อม:+18 ℃ ~ + 28 ℃;
-ความชื้นสัมพัทธ์: 45% ~ 75%;
-ความดันบรรยากาศ: 86 กิโลปาสคาล ~ 106 กิโลปาสคาล;
- ระดับความสูง: ไม่เกิน 1000 เมตร หากเกิน 1000 ม. จะต้องได้รับการแก้ไขตามข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องของ GB/T18488.1-2015

ตารางที่ 1 ข้อกำหนดการทดสอบสิ่งแวดล้อม QC/T 1136 และเครื่องหมายอ้างอิงของโมดูล IGBT ในยานยนต์

ในตารางที่ 1 รายการทดสอบสามารถแบ่งได้เป็นสองประเภท: ความน่าเชื่อถือของชิปและความน่าเชื่อถือของบรรจุภัณฑ์ ซึ่งในจำนวนนี้:

01

ความน่าเชื่อถือของชิป

รายการทดสอบที่เกี่ยวข้องกับความน่าเชื่อถือของชิป ได้แก่ การทดสอบการบล็อกที่อุณหภูมิสูง การทดสอบอคติของกริดที่อุณหภูมิสูง การทดสอบการบล็อกความชื้นสูงแรงดันสูงที่อุณหภูมิสูง และการทดสอบวงจรกำลัง (ระดับที่สอง)

ตารางที่ 2 ข้อกำหนดสำหรับการทดสอบความน่าเชื่อถือของชิป

เมื่อพิจารณาว่าชิ้นส่วนรถยนต์มักสัมผัสกับสภาพอากาศที่รุนแรง จึงจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์รถยนต์ได้รับการปกป้องจากการกัดกร่อนหรือออกซิเดชันภายใต้อุณหภูมิสูง ความชื้นสูง และแรงดันสูง การทดสอบการปิดกั้นอุณหภูมิสูงและความชื้นสูงนั้นขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า 80V ที่กำหนดโดย AEC-Q101 แต่เมื่อพิจารณาว่าแรงดันไฟฟ้าของบัสสูงกว่า 80V ในสภาพการทำงานจริง HV-H³ ได้รับการออกแบบ การทดสอบ TRB เพื่อให้ผ่านการทดสอบการปิดกั้นอุณหภูมิสูงและความชื้นสูง ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการออกแบบชั้นฟิล์มในการออกแบบชิป

รูปที่ 2 ผลการทดสอบก่อนและหลังการปรับชั้นฟิล์มให้เหมาะสม

การทดสอบ PCsec คือการจำลองการเปลี่ยนแปลงของลวดเชื่อมและอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อชิปที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงโหลดในการใช้งานจริง และผลการทดสอบคืออายุการใช้งาน (หมายเลขรอบ) ภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเฉพาะ ในระหว่างการทดสอบ กระแสโหลดที่สองถูกจ่ายให้กับโมดูล IGBT และอุณหภูมิของระบบระบายความร้อนได้รับการปรับเพื่อให้อุณหภูมิบริเวณทางเชื่อมไปถึงอุณหภูมิการทำงานสูงสุดที่อนุญาต ในกระบวนการนี้ เราจะทดสอบความน่าเชื่อถือของจุดเชื่อมต่อระหว่างสายเชื่อมกับชิป และชั้นเชื่อมระหว่างชิป IGBT และ DCB เป็นหลัก เงื่อนไขการยุติการทดสอบคือแรงดันไฟฟ้าการนำไฟฟ้าลดลงเกิน 5% ของค่าเริ่มต้น หรือความต้านทานความร้อนของระบบเกิน 20% ของค่าเริ่มต้น

รูปที่ 3 ปรากฏการณ์การทดสอบพีซีและความล้มเหลว

02

ความน่าเชื่อถือของบรรจุภัณฑ์

รายการทดสอบที่เกี่ยวข้องกับความน่าเชื่อถือของบรรจุภัณฑ์ ได้แก่ การสั่นสะเทือนทางกล/การกระแทก วงจรกำลัง (PCsec/PCmin) การช็อกของอุณหภูมิ วงจรอุณหภูมิ (พาสซีฟ) การจัดเก็บที่อุณหภูมิสูง/ต่ำ อุณหภูมิการบัดกรี และการทดสอบความสามารถในการบัดกรี

ตารางที่ 3. ข้อกำหนดในการทดสอบความน่าเชื่อถือของแพ็คเกจ

ในแง่ของการสั่นสะเทือนทางกล เมื่อพิจารณาถึงความแตกต่างของข้อกำหนดของตำแหน่งการติดตั้งกับระดับการสั่นสะเทือน (ความรุนแรง) ไม่มีการกำหนดขีดจำกัดเฉพาะที่นี่ และควรเลือกระดับการสั่นสะเทือนตามตำแหน่งการติดตั้งบนตัวรถ (ดูที่ กิกะไบต์/ที 28046.3-2011) การทดสอบการสั่นสะเทือนทางกลจะทำให้เกิดการแตกร้าวของลวดยึด การคลายตัวของลวดยึดและตัวเชื่อมต่อที่เกี่ยวข้อง และการแตกร้าวของเปลือกบรรจุภัณฑ์ เป็นต้น ดังนั้น โมดูล IGBT จะต้องเป็นไปตามระดับความรุนแรงที่เกี่ยวข้อง

รูปที่ 4 ความล้มเหลวของลวดผูกที่เกิดจากการสั่นสะเทือนทางกล

ข้อแตกต่างหลักระหว่างการทดสอบวงจรกำลัง (PCsec/PCmin) และการทดสอบวงจรอุณหภูมิ/การกระแทกคือแหล่งความร้อน วงจรกำลังทำให้ชิปร้อนผ่านกระแสโหลด ในขณะที่วงจรอุณหภูมิ/การกระแทกจะทำให้แพ็คเกจทั้งหมดร้อนโดยแหล่งความร้อนภายนอก

1. 
   

   วงจรกำลังไฟ (PCsec): ตรวจสอบความน่าเชื่อถือของจุดเชื่อมต่อระหว่างลวดเชื่อมกับชิป และความน่าเชื่อถือของชั้นการประสานระหว่างชิปกับ DCB
   

2. วงจรกำลัง (PCmin): ตรวจสอบความน่าเชื่อถือของจุดเชื่อมต่อระหว่างลวดเชื่อมกับชิป ความน่าเชื่อถือของชั้นการประสานระหว่างชิปกับ DCB และความน่าเชื่อถือของชั้นการประสานระหว่าง DCB และแผ่นฐาน
   

3. วงจรอุณหภูมิ (TC): ค่อยๆ ให้ความร้อนแก่บรรจุภัณฑ์ทั้งหมดจากด้านล่างของแผ่นฐานเพื่อตรวจสอบความน่าเชื่อถือของการเชื่อมต่อระหว่างวัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนที่แตกต่างกัน
   

4. การช็อกจากอุณหภูมิ (TST): วางโมดูล IGBT จากสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง (อุณหภูมิต่ำ) ไปยังสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ (อุณหภูมิสูง) อย่างรวดเร็ว (< 30 วินาที) และตรวจสอบความสามารถในการปรับตัวของโมดูลภายใต้สถานการณ์ของการสลับอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว

   
   

   
   

รูปที่ 5 แผนภาพการแบ่งชั้นของโมดูล IGBT

การทดสอบการจัดเก็บที่อุณหภูมิสูง-ต่ำคือการพิจารณาเวลาการจัดเก็บขั้นต่ำของโมดูล IGBT ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิเฉพาะ อุณหภูมิในการเชื่อมและความสามารถในการบัดกรีได้รับการเสนอสำหรับพินสัญญาณบนโมดูล IGBT และพินสัญญาณสำหรับการจีบก็ควรตรงตามข้อกำหนดความสามารถในการบัดกรีเช่นกัน

สุดท้าย QC/T 1136-2020 เป็นมาตรฐานที่แนะนำสำหรับการทดสอบความน่าเชื่อถือด้านสิ่งแวดล้อมของโมดูล IGBT ของยานยนต์ ซึ่งรวมถึงรายการทดสอบและข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องกับความน่าเชื่อถือของชิปและความน่าเชื่อถือของบรรจุภัณฑ์ในโมดูล Yingling สั่งสมประสบการณ์จริงมานานหลายปีในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์กำลัง และมุ่งมั่นที่จะมอบผลิตภัณฑ์ยานยนต์ที่มีความน่าเชื่อถือสูงแก่ลูกค้าของเรา

ข้อจำกัดความรับผิดชอบ: บทความนี้ทำซ้ำจาก "Infineon Automotive Electronics Ecosphere" บทความนี้นำเสนอเฉพาะความคิดเห็นส่วนตัวของผู้เขียน และไม่ได้นำเสนอมุมมองของ Sacco Micro และอุตสาหกรรม มีไว้สำหรับการพิมพ์ซ้ำและแบ่งปันเพื่อสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญาเท่านั้น โปรดระบุแหล่งที่มาต้นฉบับและผู้แต่งเมื่อพิมพ์ซ้ำ หากมีการละเมิดใด ๆ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก

โทรศัพท์บริษัท: +86-0755-83044319
แฟกซ์/แฟกซ์:+86-0755-83975897
อีเมล์: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 ผู้จัดการหลี่
QQ: 332496225 ผู้จัดการชิว
ที่อยู่: ห้อง 809 บล็อก C อาคารเทคโนโลยี Zhantao เลขที่ 1079 Minzhi Avenue เขตหลงหัวใหม่ เซินเจิ้น