IGBT，全名為絕緣柵雙極電晶體，是一種廣泛應用於電力電子工業的半導體裝置。 這裡描述的模組是一種特定的封裝形式，是IGBT晶片的載體，起著保護作用。

近年來，隨著新能源汽車產業的蓬勃發展，越來越多的車用IGBT產品湧現。 了解汽車產業的半導體標準可以加深對裝置特性的了解，幫助開發者選擇合適的產品。

半導體標準

半導體標準體系內有JEDEC（聯合電子元件工程委員會）、IEC（國際電工委員會）等標準。

汽車業標準

在汽車產業有AEC（Automotive Electronics Council）標準，車用IGBT模組可靠測試規範AQG324由ECPE（European Center for Power Electronics）發布，早期名為LV324，由大眾、奧迪、寶馬、保時捷、戴姆勒等汽車廠商共同編寫。

QC/T 1136 汽車IGBT標準

由中國汽車技術研究中心主導，中國一汽起草的QC/T 1136-2020《電動車用絕緣柵雙極電晶體模組環境試驗要求及試驗方法》於1年2021月XNUMX日首次發布。本標準為國內首個車用IGBT模組標準，用於規範IGBT模組中半導體供應商的可靠性測試項目及要求。英飛凌作為起草組成員參與了該標準的製定。

QC/T 1136-2020規定了電動汽車用IGBT模組環境適應性要求和試驗方法。 全文分為前言、範圍、規範性引用文件、術語​​和定義、符號和縮寫、環境適應性要求、試驗方法和附錄八個部分。 第五章為環境適應性要求（見表1），第六章為試驗方法。 除非另有規定，所有測試應在以下環境條件下進行：

-環境：+18℃～+28℃；
-相對濕度：45%～75%；
-大氣壓力：86kPa～106kPa；
-海拔：不超過1000公尺。 超過1000m時，應依GB/T18488.1-2015的相關規定進行修正。

表1. QC/T 1136汽車IGBT模組環境測試要求及參考標記

表1中測試項目可分為晶片可靠性與封裝可靠性兩類，其中：

01

晶片可靠性

與晶片可靠性相關的測試項目包括高溫阻斷測試、高溫閘極偏壓測試、高壓高溫高濕阻斷測試和功率循環（二級）測試。

表2. 晶片可靠性測試要求

考慮到汽車零件經常暴露在惡劣的氣候條件下，需要確保汽車產品在高溫、高濕、高壓下免受腐蝕或氧化。 其中，高溫高濕閉鎖測試是基於AEC-Q80要求的101V電壓，但考慮到實際工況下母線電壓遠高於80V，所以設計了HV-H³； TRB 測試。 為了通過高溫高濕阻斷測試，晶片設計要特別注意鈍化層的設計。

圖2 鈍化層優化前後測試結果

PCsec測試是模擬實際應用中負載變化引起的鍵合線和晶片結溫的變化，測試結果是特定溫升條件下的壽命（循環數）。 試驗時，對IGBT模組施加第二個負載電流，並調節冷卻系統的溫度，使結溫達到最高允許工作溫度。 在這個過程中我們主要測試鍵合線與晶片的連接點以及IGBT晶片與DCB之間的鍵合層的可靠性。 測試終止條件為導通壓降超過初始值的5%或系統熱阻超過初始值的20%。

圖 3. PC(sec) 測試與故障現象

02

封裝可靠性

與封裝可靠性相關的測試項目包括機械振動/衝擊、功率循環（PCsec/PCmin）、溫度衝擊、溫度循環（被動）、高/低溫儲存、焊接溫度和可焊性測試。

表3. 封裝可靠度測試要求

在機械振動方面，考慮到安裝位置對振動等級（嚴重程度）要求的不同，這裡不給出具體限制，應根據車體上的安裝位置選擇振動等級（參見GB/T 28046.3-2011）。 機械振動測試會導致綁線本身開裂、綁線及其他相關連接件鬆動、封裝外殼開裂等，因此IGBT模組必須滿足相關的嚴酷等級。

圖4 機械振動引起的綁線失效

功率循環測試（PCsec/PCmin）和溫度循環/衝擊測試之間的主要區別在於熱源。功率循環透過負載電流加熱晶片，而溫度循環/衝擊則透過外部熱源加熱整個封裝。

1. 
   

   通電週期（PCsec）：檢查焊線與晶片連接點的可靠性以及晶片與DCB之間的鍵合層的可靠性。
   

2. 通電週期（PCmin）：檢視鍵合線與晶片連接點的可靠性、晶片與DCB之間鍵結層的可靠性、DCB與Baseplate之間鍵結層的可靠性。
   

3. 溫度循環（TC）：從底板底部緩慢加熱整個封裝，檢查不同熱膨脹係數材料之間連接的可靠性。
   

4. 溫度衝擊（TST）：快速（<30s）將IGBT模組從高溫（低溫）環境置於低溫（高溫）環境，檢驗模組在快速溫度交變場景下的適應性。

   
   

   
   

圖5. IGBT模組分層圖

高低溫儲存試驗是考慮IGBT模組在特定的溫度環境下的最短儲存時間。 對IGBT模組上的訊號Pin提出了焊接溫度和可焊性要求，壓接的訊號Pin也應滿足可焊性要求。

最後，QC/T 1136-2020是汽車IGBT模組環境可靠性測試的推薦性標準，其中包含了模組中晶片可靠性、封裝可靠性相關的測試項目和要求。 英嶺在功率半導體產業累積了多年的實務經驗，致力於為廣大客戶提供高可靠性的汽車產品。

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