IGBT, tên đầy đủ là transistor lưỡng cực cổng cách điện, là một thiết bị bán dẫn được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp điện tử công suất. Mô-đun được mô tả ở đây là một dạng đóng gói cụ thể, là vật mang chip IGBT và có vai trò bảo vệ.

Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp ô tô năng lượng mới, ngày càng có nhiều sản phẩm IGBT ô tô ra đời. Biết được các tiêu chuẩn bán dẫn của ngành ô tô có thể hiểu sâu hơn về đặc tính của thiết bị và giúp các nhà phát triển lựa chọn sản phẩm phù hợp.

Tiêu chuẩn bán dẫn

Trong hệ thống tiêu chuẩn bán dẫn, có JEDEC (Hội đồng kỹ thuật thiết bị điện tử chung), IEC (Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế) và các tiêu chuẩn khác.

Tiêu chuẩn ngành ô tô

Trong ngành công nghiệp ô tô, có tiêu chuẩn AEC (Hội đồng Điện tử Ô tô) và AQG324, thông số kỹ thuật kiểm tra độ tin cậy cho các mô-đun IGBT trên xe, được ECPE (Trung tâm Điện tử Công suất Châu Âu) công bố, có tên là LV324 trong giai đoạn đầu và được các nhà sản xuất ô tô Volkswagen, Audi, BMW, Porsche và Daimler biên soạn.

Tiêu chuẩn IGBT ô tô QC/T 1136

Dưới sự chỉ đạo của CATARC tại Trung Quốc, China FAW đã biên soạn QC/T 1136-2020 "Yêu cầu và Phương pháp Kiểm tra Môi trường cho Mô-đun Transistor Lưỡng cực Cổng Cách điện dành cho Xe Điện", được công bố lần đầu vào ngày 1 tháng 2021 năm XNUMX. Đây là tiêu chuẩn nội địa đầu tiên dành cho mô-đun IGBT dành cho xe cộ, được sử dụng để chuẩn hóa các hạng mục kiểm tra độ tin cậy và yêu cầu của các nhà cung cấp chất bán dẫn trong mô-đun IGBT. Với tư cách là thành viên của nhóm soạn thảo, Infineon đã tham gia vào quá trình xây dựng tiêu chuẩn.

QC/T 1136-2020 quy định các yêu cầu và phương pháp thử nghiệm khả năng thích ứng với môi trường của mô-đun IGBT dành cho xe điện. Toàn văn được chia thành tám phần, đó là lời nói đầu, phạm vi, tài liệu trích dẫn quy chuẩn, thuật ngữ và định nghĩa, ký hiệu và chữ viết tắt, yêu cầu về khả năng thích ứng với môi trường, phương pháp thử nghiệm và phụ lục. Chương thứ năm là các yêu cầu về khả năng thích ứng với môi trường (xem Bảng 1), và chương thứ sáu là phương pháp thử nghiệm. Trừ khi có quy định khác, tất cả các thử nghiệm phải được thực hiện trong các điều kiện môi trường sau:

-Môi trường:+18oC ~+28oC;
-Độ ẩm tương đối: 45% ~ 75%;
-Áp suất khí quyển: 86 kPa ~ 106 kPa;
-Độ cao: không quá 1000 mét. Nếu vượt quá 1000m thì phải sửa theo quy định liên quan của GB/T18488.1-2015.

Bảng 1. Yêu cầu kiểm tra môi trường QC/T 1136 và đánh dấu tham chiếu của mô-đun IGBT ô tô

Trong Bảng 1, các hạng mục kiểm tra có thể được phân thành hai loại: độ tin cậy của chip và độ tin cậy của gói, trong đó:

01

Độ tin cậy của chip

Các hạng mục kiểm tra liên quan đến độ tin cậy của chip bao gồm kiểm tra chặn nhiệt độ cao, kiểm tra độ lệch lưới nhiệt độ cao, kiểm tra chặn độ ẩm cao nhiệt độ cao điện áp cao và kiểm tra chu kỳ nguồn (cấp hai).

Bảng 2. Yêu cầu kiểm tra độ tin cậy của chip

Xét thấy phụ tùng ô tô thường xuyên tiếp xúc với điều kiện thời tiết khắc nghiệt nên cần đảm bảo sản phẩm ô tô được bảo vệ khỏi bị ăn mòn hoặc oxy hóa dưới nhiệt độ cao, độ ẩm cao và áp suất cao. Trong số đó, thử nghiệm chặn nhiệt độ cao và độ ẩm cao dựa trên điện áp 80V mà AEC-Q101 yêu cầu, nhưng xét thấy điện áp bus cao hơn nhiều so với 80V trong điều kiện vận hành thực tế, HV-H³ được thiết kế; Kiểm tra TRB. Để vượt qua bài kiểm tra chặn nhiệt độ cao và độ ẩm cao, cần đặc biệt chú ý đến việc thiết kế lớp thụ động trong thiết kế chip.

Hình 2. Kết quả kiểm tra trước và sau khi tối ưu hóa lớp thụ động

Thử nghiệm PCsec là để mô phỏng sự thay đổi nhiệt độ của mối nối dây và chip liên kết do thay đổi tải trong ứng dụng thực tế và kết quả thử nghiệm là tuổi thọ (số chu kỳ) trong điều kiện tăng nhiệt độ cụ thể. Trong quá trình thử nghiệm, dòng điện tải thứ hai được áp dụng cho mô-đun IGBT và nhiệt độ của hệ thống làm mát được điều chỉnh để làm cho nhiệt độ mối nối đạt đến nhiệt độ làm việc tối đa cho phép. Trong quá trình này, chúng tôi chủ yếu kiểm tra độ tin cậy của điểm kết nối giữa dây liên kết và chip và lớp liên kết giữa chip IGBT và DCB. Điều kiện kết thúc thử nghiệm là độ sụt điện áp dẫn vượt quá 5% giá trị ban đầu hoặc điện trở nhiệt của hệ thống vượt quá 20% giá trị ban đầu.

Hình 3. Hiện tượng kiểm tra và lỗi PC(giây)

02

Độ tin cậy của bao bì

Các hạng mục kiểm tra liên quan đến độ tin cậy của gói bao gồm rung/sốc cơ học, chu kỳ nguồn (PCsec/PCmin), sốc nhiệt độ, chu kỳ nhiệt độ (thụ động), bảo quản ở nhiệt độ cao/thấp, nhiệt độ hàn và kiểm tra khả năng hàn.

Bảng 3. Yêu cầu kiểm tra độ tin cậy của gói hàng

Về độ rung cơ học, xét đến sự khác biệt về yêu cầu của vị trí lắp đặt về mức độ rung (mức độ nghiêm trọng), ở đây không có giới hạn cụ thể nào được đưa ra và mức độ rung phải được chọn theo vị trí lắp đặt trên thân xe (tham khảo phần GB/T 28046.3-2011). Kiểm tra rung động cơ học sẽ dẫn đến nứt dây liên kết, lỏng dây liên kết và các đầu nối liên quan khác, nứt vỏ bao bì, v.v. Do đó, mô-đun IGBT phải đáp ứng mức độ nghiêm trọng có liên quan.

Hình 4. Dây buộc bị hỏng do rung động cơ học

Sự khác biệt chính giữa kiểm tra chu kỳ nguồn (PCsec/PCmin) và kiểm tra chu kỳ nhiệt độ/sốc là nguồn nhiệt. Chu kỳ năng lượng làm nóng chip thông qua dòng tải, trong khi chu kỳ nhiệt độ/sốc làm nóng toàn bộ gói bằng nguồn nhiệt bên ngoài.

1. 
   

   Chu kỳ nguồn (PCsec): Kiểm tra độ tin cậy của điểm kết nối giữa dây liên kết và chip và độ tin cậy của lớp liên kết giữa chip và DCB.
   

2. Chu kỳ nguồn (PCmin): kiểm tra độ tin cậy của điểm kết nối giữa dây liên kết và chip, độ tin cậy của lớp liên kết giữa chip và DCB và độ tin cậy của lớp liên kết giữa DCB và Baseplate.
   

3. Chu kỳ nhiệt độ (TC): làm nóng từ từ toàn bộ gói hàng từ đáy Tấm đế để kiểm tra độ tin cậy của kết nối giữa các vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau.
   

4. Sốc nhiệt độ (TST): nhanh chóng (< 30 giây) đặt mô-đun IGBT từ môi trường nhiệt độ cao (nhiệt độ thấp) sang môi trường nhiệt độ thấp (nhiệt độ cao) và kiểm tra khả năng thích ứng của mô-đun trong điều kiện thay đổi nhiệt độ nhanh chóng.

   
   

   
   

Hình 5. Sơ đồ phân lớp của mô-đun IGBT

Thử nghiệm lưu trữ ở nhiệt độ cao-thấp nhằm xem xét thời gian lưu trữ tối thiểu của mô-đun IGBT trong môi trường nhiệt độ cụ thể. Nhiệt độ hàn và khả năng hàn được đề xuất cho chân tín hiệu trên mô-đun IGBT và chân tín hiệu để uốn cũng phải đáp ứng các yêu cầu về khả năng hàn.

Cuối cùng, QC/T 1136-2020 là tiêu chuẩn được khuyến nghị cho thử nghiệm độ tin cậy môi trường của các mô-đun IGBT ô tô, bao gồm các hạng mục thử nghiệm và yêu cầu liên quan đến độ tin cậy của chip và độ tin cậy của gói trong các mô-đun. Yingling đã tích lũy nhiều năm kinh nghiệm thực tế trong ngành bán dẫn điện và cam kết cung cấp cho khách hàng những sản phẩm ô tô có độ tin cậy cao.

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Bài viết này được sao chép từ "Hệ sinh thái điện tử ô tô Infineon". Bài viết này chỉ thể hiện quan điểm cá nhân của tác giả, không thể hiện quan điểm của Sacco Micro và ngành. Nó chỉ dành cho việc in lại và chia sẻ để hỗ trợ việc bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ. Vui lòng ghi rõ nguồn và tác giả khi tái bản. Nếu có vi phạm vui lòng liên hệ với chúng tôi để xóa.

Điện thoại công ty: +86-0755-83044319
Fax/fax:+86-0755-83975897
Email: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Quản lý Li
QQ: 332496225 Quản lý Qiu
Địa chỉ: Phòng 809, Khu C, Tòa nhà Công nghệ Zhantao, Số 1079 Đại lộ Minzhi, Quận Mới Long Hoa, Thâm Quyến