汽車(chē)級IGBT在混合動(dòng)力車(chē)中的應用
英飛凌汽車(chē)電子生態(tài)圈
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通常，逆變器設計主要考慮IGBT Tjmax(最高結溫)的限制，但在混合動(dòng)力車(chē)應用中，逆變器較少處于恒定工況，加速、巡航、減速都會(huì )帶來(lái)電流、電壓的改變，由此帶來(lái)的ΔTj(結溫快速變化)將會(huì )更大程度影響IGBT的壽命，IGBT導通電流波動(dòng)時(shí)，綁定線(xiàn)也會(huì )隨之擺動(dòng)，對綁定線(xiàn)和IGBT芯片連接可靠性有較大的影響，反復的擺動(dòng)可能導致綁定線(xiàn)壽命的耗盡(EOL， End of Life)，例如綁定線(xiàn)和IGBT芯片焊接脫落、綁定線(xiàn)斷裂等，直接導致IGBT的損壞。
為了模擬汽車(chē)運行工況，針對HEV頻繁的加速、減速、巡航帶來(lái)的電流沖擊，英飛凌定義了“秒級功率循環(huán)試驗”(power cycling second，電流加熱，外部水冷冷卻)，通過(guò)加速老化試驗，模擬電氣沖擊下綁定線(xiàn)的焊接可靠性，英飛凌汽車(chē)級IGBT需要承受ΔTj=60k，最大節溫150℃，0.5s < tcycl<5s，150kc次功率循環(huán)而不損壞。
相對傳統工業(yè)模塊主要有以下幾點(diǎn)改進(jìn)：
● 綁定線(xiàn)材料改進(jìn);
● 芯片結構加強;
● 綁定線(xiàn)連接回路優(yōu)化;
● 優(yōu)化后的焊接工藝。
逆變器在HEV中，通常位于前艙靠近發(fā)動(dòng)機或位于傳動(dòng)機構附近，IGBT模塊將承受較高的環(huán)境溫度和溫度變化，對IGBT模塊內部焊接層有較大影響。
IGBT模塊由多層不同材料組成(見(jiàn)圖3)，每種材料具有不同的CTE(熱膨脹系數)，CTE的差別會(huì )影響功率模塊的使用壽命，當模塊使用時(shí)，溫度的變化會(huì )在不同層間產(chǎn)生機械應力而導致焊接脫落，我們的目標是選用熱膨脹系數差別盡可能小的材料來(lái)進(jìn)行焊接組合。但另一方面，即使它們的熱膨脹系數十分匹配，因為材料本身的成本可能會(huì )太高，或者在生產(chǎn)過(guò)程中難以被加工或加工成本太高。例如列車(chē)牽引應用中的AlSiC基板。熱膨脹系數和襯底幾乎相同，因此有更好的熱循環(huán)特性。但對混合動(dòng)力車(chē)應用因成本過(guò)高而很難被接受。
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