IGBT, tam adıyla yalıtımlı kapılı bipolar transistör, güç elektroniği endüstrisinde yaygın olarak kullanılan bir yarı iletken cihazdır. Burada anlatılan modül, IGBT çipinin taşıyıcısı olan ve koruyucu rol oynayan özel bir paketleme şeklidir.

Son yıllarda yeni enerji otomotiv endüstrisinin hızla gelişmesiyle birlikte giderek daha fazla otomotiv IGBT ürünü ortaya çıkmıştır. Otomobil endüstrisinin yarı iletken standartlarını bilmek, cihaz özelliklerinin anlaşılmasını derinleştirebilir ve geliştiricilerin uygun ürünleri seçmesine yardımcı olabilir.

Yarı iletken standardı

Yarı iletken standart sistemi içerisinde JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council), IEC (Uluslararası Elektroteknik Komisyonu) ve diğer standartlar bulunmaktadır.

Otomobil endüstrisi standardı

Otomotiv sektöründe AEC (Otomotiv Elektroniği Konseyi) standardı mevcut olup, araçlardaki IGBT modülleri için güvenilirlik test spesifikasyonu olan AQG324, ECPE (Avrupa Güç Elektroniği Merkezi) tarafından yayınlanmış, ilk aşamada LV324 ismiyle anılmış ve Volkswagen, Audi, BMW, Porsche ve Daimler gibi otomobil üreticileri tarafından derlenmiştir.

QC/T 1136 Otomotiv IGBT Standardı

Çin'deki CATARC liderliğindeki China FAW, ilk olarak 1136 Nisan 2020'de yayınlanan Elektrikli Araçlar için Yalıtımlı Kapılı Bipolar Transistör Modülleri için QC/T 1-2021 Çevresel Test Gereksinimleri ve Test Yöntemleri standardını yazmıştır. Bu standart, araçlar için IGBT modülleri için ilk yerel standarttır ve IGBT modüllerindeki yarı iletken tedarikçilerinin güvenilirlik test öğelerini ve gereksinimlerini standartlaştırmak için kullanılır. Taslak hazırlama grubunun bir üyesi olarak Infineon, standardın formülasyonuna katılmıştır.

QC/T 1136-2020, elektrikli araçlar için IGBT modüllerinin çevresel uyumluluğunun gereksinimlerini ve test yöntemlerini belirtir. Tam metin; önsöz, kapsam, normatif alıntı belgeleri, terimler ve tanımlar, semboller ve kısaltmalar, çevresel uyumluluk gereklilikleri, test yöntemleri ve ekler olmak üzere sekiz bölüme ayrılmıştır. Beşinci bölüm çevreye uyum gereklilikleridir (bkz. Tablo 1), altıncı bölüm ise test yöntemidir. Aksi belirtilmedikçe, tüm testler aşağıdaki çevresel koşullar altında gerçekleştirilecektir:

-Çevre:+18°C ~+28°C;
-Bağıl nem: %45 ~ %75;
-Atmosferik basınç: 86 kPa ~ 106 kPa;
-Yükseklik: 1000 metreden fazla değil. 1000 m'yi aşarsa GB/T18488.1-2015'in ilgili hükümlerine göre düzeltilecektir.

Tablo 1. QC/T 1136 Otomotiv IGBT Modülünün Çevresel Test Gereksinimleri ve Referans İşaretlemesi

Tablo 1'de test öğeleri iki kategoriye ayrılabilir: çip güvenilirliği ve paket güvenilirliği;:

01

Çip güvenilirliği

Çip güvenilirliğiyle ilgili test öğeleri arasında yüksek sıcaklık engelleme testi, yüksek sıcaklık ızgara önyargı testi, yüksek voltaj, yüksek sıcaklık, yüksek nem engelleme testi ve güç döngüsü (ikinci seviye) testi yer alır.

Tablo 2. Çip güvenilirliği testi için gereksinimler

Otomobil parçalarının sıklıkla zorlu hava koşullarına maruz kaldığı göz önüne alındığında, otomobil ürünlerinin yüksek sıcaklık, yüksek nem ve yüksek basınç altında korozyondan veya oksidasyondan korunmasını sağlamak gerekir. Bunlar arasında yüksek sıcaklık ve yüksek nem engelleme testi, AEC-Q80'in gerektirdiği 101V voltajı temel alır ancak gerçek çalışma koşullarında bara voltajının 80V'den çok daha yüksek olduğu göz önüne alındığında HV-H³ tasarlanmıştır; TRB testi. Yüksek sıcaklık ve yüksek nem engelleme testini geçebilmek için talaş tasarımında pasivasyon katmanının tasarımına özel dikkat gösterilmelidir.

Şekil 2. Pasivasyon katmanını optimize etmeden önceki ve sonraki test sonuçları

PCsec testi, pratik uygulamada yük değişikliğinin neden olduğu bağlama teli ve çip bağlantı sıcaklığındaki değişikliği simüle etmek içindir ve test sonucu, belirli sıcaklık artış koşulu altındaki ömrü (döngü sayısı) verir. Test sırasında IGBT modülüne ikinci bir yük akımı uygulanmış ve soğutma sisteminin sıcaklığı ayarlanarak bağlantı noktası sıcaklığının izin verilen maksimum çalışma sıcaklığına ulaşması sağlanmıştır. Bu süreçte temel olarak bağlama teli ile çip arasındaki bağlantı noktasının ve IGBT çipi ile DCB arasındaki bağlama katmanının güvenilirliğini test ediyoruz. Test sonlandırma koşulu, iletim voltajı düşüşünün başlangıç ​​değerinin %5'ini aşması veya sistem termal direncinin başlangıç ​​değerinin %20'sini aşmasıdır.

Şekil 3. PC(sn) Testi ve Arıza Olgusu

02

Ambalaj güvenilirliği

Paket güvenilirliğiyle ilgili test öğeleri arasında mekanik titreşim/şok, güç döngüsü (PCsec/PCmin), sıcaklık şoku, sıcaklık döngüsü (pasif), yüksek/düşük sıcaklıkta depolama, lehimleme sıcaklığı ve lehimlenebilirlik testi yer alır.

Tablo 3. Paket güvenilirlik testi gereksinimleri

Mekanik titreşim açısından, kurulum konumu gereksinimlerinin titreşim seviyesi (şiddeti) üzerindeki farklılığı göz önüne alındığında, burada belirli bir sınır verilmemiştir ve titreşim seviyesi, araç gövdesindeki montaj konumuna göre seçilmelidir (bkz. GB/T 28046.3-2011). Mekanik titreşim testi, bağlama telinin kendisinin çatlamasına, bağlama telinin ve diğer ilgili konektörlerin gevşemesine ve ambalaj kabuğunun çatlamasına vb. yol açacaktır. Bu nedenle, IGBT modülleri ilgili şiddet seviyesini karşılamalıdır.

Şekil 4. Mekanik titreşim nedeniyle bağlama telinin arızalanması

Güç döngüsü testi (PCsec/PCmin) ile sıcaklık döngüsü/şok testi arasındaki temel fark, ısı kaynağıdır. Güç döngüsü, yük akımı yoluyla çipi ısıtır, sıcaklık döngüsü/şok ise tüm paketi harici ısı kaynağı tarafından ısıtır.

1. 
   

   Güç döngüsü (PCsec): Bağlantı teli ile çip arasındaki bağlantı noktasının güvenilirliğini ve çip ile DCB arasındaki bağlantı katmanının güvenilirliğini kontrol edin.
   

2. Güç döngüsü (PCmin): bağlantı teli ile çip arasındaki bağlantı noktasının güvenilirliğini, çip ile DCB arasındaki bağlantı katmanının güvenilirliğini ve DCB ile Taban Plakası arasındaki bağlantı katmanının güvenilirliğini kontrol edin.
   

3. Sıcaklık döngüsü (TC): Farklı termal genleşme katsayılarına sahip malzemeler arasındaki bağlantının güvenilirliğini kontrol etmek için tüm paketi Taban Plakasının altından yavaşça ısıtın.
   

4. Sıcaklık şoku (TST): IGBT modülünü hızlı bir şekilde (< 30s) yüksek sıcaklık (düşük sıcaklık) ortamından düşük sıcaklık (yüksek sıcaklık) ortamına yerleştirin ve modülün hızlı sıcaklık değişimi sahnesinde uyumluluğunu kontrol edin.

   
   

   
   

Şekil 5. IGBT modülünün katmanlama diyagramı

Yüksek-düşük sıcaklık depolama testi, IGBT modülünün belirli bir sıcaklık ortamındaki minimum depolama süresini dikkate almak için yapılır. Kaynak sıcaklığı ve lehimlenebilirlik, IGBT modülündeki sinyal Pin'i için önerilmiştir ve sıkma için sinyal Pin'inin de lehimlenebilirlik gereksinimlerini karşılaması gerekmektedir.

Son olarak, QC/T 1136-2020, modüllerdeki çip güvenilirliği ve paket güvenilirliği ile ilgili test öğelerini ve gereklilikleri içeren otomotiv IGBT modüllerinin çevresel güvenilirlik testleri için önerilen bir standarttır. Yingling, güç yarı iletken endüstrisinde uzun yıllara dayanan pratik deneyime sahiptir ve müşterilerimize yüksek güvenilirliğe sahip otomotiv ürünleri sunmaya kendini adamıştır.

Yasal Uyarı: Bu makale "Infineon Automotive Electronics Ecosfer"den kopyalanmıştır. Bu makale yalnızca yazarın kişisel görüşlerini temsil eder ve Sacco Micro ve sektörün görüşlerini temsil etmez. Fikri mülkiyet haklarının korunmasını desteklemek amacıyla yalnızca yeniden basılması ve paylaşılması içindir. Lütfen yeniden basarken orijinal kaynağı ve yazarını belirtin. Herhangi bir ihlal varsa, silmek için lütfen bizimle iletişime geçin.

Şirket Tel: +86-0755-83044319
Faks/faks:+86-0755-83975897
E-posta: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Yönetici Li
QQ: 332496225 Yönetici Qiu
Adres: Oda 809, Blok C, Zhantao Teknoloji Binası, No.1079 Minzhi Bulvarı, Longhua Yeni Bölgesi, Shenzhen