汽車級(jí)IGBT在混合動(dòng)力車中的設(shè)計(jì)應(yīng)用
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溫度循環(huán)
逆變器在HEV中，通常位于前艙靠近發(fā)動(dòng)機(jī)或位于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)附近，IGBT模塊將承受較高的環(huán)境溫度和溫度變化，對(duì)IGBT模塊內(nèi)部焊接層有較大影響。
IGBT模塊由多層不同材料組成(見圖3)，每種材料具有不同的CTE(熱膨脹系數(shù))，CTE的差別會(huì)影響功率模塊的使用壽命，當(dāng)模塊使用時(shí)，溫度的變化會(huì)在不同層間產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力而導(dǎo)致焊接脫落，我們的目標(biāo)是選用熱膨脹系數(shù)差別盡可能小的材料來進(jìn)行焊接組合。但另一方面，即使它們的熱膨脹系數(shù)十分匹配，因?yàn)椴牧媳旧淼某杀究赡軙?huì)太高，或者在生產(chǎn)過程中難以被加工或加工成本太高。例如列車牽引應(yīng)用中的AlSiC基板。熱膨脹系數(shù)和襯底幾乎相同，因此有更好的熱循環(huán)特性。但對(duì)混合動(dòng)力車應(yīng)用因成本過高而很難被接受。
英飛凌通過改進(jìn)后的Al2O3陶瓷基片技術(shù)，在不大幅度增加成本的前提下，同樣可以達(dá)到混合動(dòng)力汽車中熱循環(huán)次數(shù)的要求。
通常IGBT模塊通過被動(dòng)溫度循環(huán)(Thermal Cycling)加速測試焊接可靠性，對(duì)于汽車級(jí)IGBT，英飛凌定義更嚴(yán)酷的熱沖擊試驗(yàn)(TST，Thermal Shock Test)，相對(duì)TC試驗(yàn)有更大的溫度變化范圍，-40℃～+125℃，1000次循環(huán)(普通工業(yè)模塊TST只需50次)。
按照英飛凌計(jì)算方式，汽車級(jí)IGBT模塊壽命為工業(yè)級(jí)2.5倍，為牽引級(jí)1/4，可滿足汽車全壽命使用無需更換模塊要求，又很好地平衡了成本。
機(jī)械結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)
除了對(duì)上述IGBT內(nèi)部封裝工藝的改進(jìn)，英飛凌汽車級(jí)IGBT還對(duì)IGBT外殼和接線端子進(jìn)行了增強(qiáng)，包括溫度特性和機(jī)械結(jié)構(gòu)特性的加強(qiáng)，以應(yīng)對(duì)汽車嚴(yán)酷的應(yīng)用環(huán)境，例如以下幾個(gè)方面。
(1)溫度特性加強(qiáng)。相較通常工業(yè)應(yīng)用，汽車內(nèi)IGBT需要承受較高的溫度沖擊，如果IGBT的外殼材料不夠堅(jiān)固，將會(huì)在溫度沖擊下斷裂損壞，英飛凌汽車級(jí)IGBT需在熱沖擊試驗(yàn)-40℃～+125℃ 1000次下完好無損。通過塑料材料和優(yōu)化的工藝參數(shù)，改進(jìn)后的IGBT外殼可靠性大大增強(qiáng)。
(2)結(jié)構(gòu)特性加強(qiáng)。在HEV中，IGBT震動(dòng)大大超過普通工業(yè)模塊，外殼和端子將承受較大的機(jī)械沖擊，英飛凌汽車級(jí)IGBT可以承受超過5g的機(jī)械振動(dòng)和超過30g的機(jī)械沖擊。
英飛凌汽車級(jí)IGBT產(chǎn)品
為滿足汽車級(jí)應(yīng)用，英飛凌對(duì)推出HEV專用的IGBT模塊，包括2款產(chǎn)品：
● HybridPACK1―400A/650V IGBT 6單元，針對(duì)電機(jī)功率20kW~30kW左右的輕度混合動(dòng)力汽車;
● HybridPACK2―800A/650V IGBT 6單元，針對(duì)電機(jī)功率80kW左右的的全混合動(dòng)力車。
主要的產(chǎn)品特點(diǎn)：
● 6單元IGBT簡化逆變器設(shè)計(jì);
● 工作結(jié)溫為150℃，最大節(jié)溫175℃;
● IGBT技術(shù);
● 改進(jìn)后的綁定線工藝;
● 改進(jìn)后的陶瓷基片增加焊接可靠性;
● 6 NTC;
● 改進(jìn)后的綁定線工藝;
● 改進(jìn)后的陶瓷基片增加焊接可靠性;
● 直接水冷系統(tǒng)，提升模塊散熱能力。
結(jié)論
隨著功率器件在汽車中越來越多地應(yīng)用，對(duì)可靠性提出了更高的要求， 例如本文描述的功率循環(huán)和溫度循環(huán)特性。針對(duì)汽車應(yīng)用，英飛凌推出的汽車級(jí)IGBT模塊具有高可靠性、長壽命、適中成本的特點(diǎn)，只有在混合動(dòng)力汽車應(yīng)用需要專用的功率半導(dǎo)體模塊，才能保證核心零部件的可靠性，直接關(guān)系著混合動(dòng)力車的成功與否。
本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/197679.htm
評(píng)論