IGBT伴隨混合動(dòng)力車(chē)流行迎來(lái)新挑戰(zhàn)

　　由于能源成本的上升，混合電力傳動(dòng)系統(tǒng)在汽車(chē)應(yīng)用中變得越來(lái)越流行?；旌想娏鲃?dòng)系統(tǒng)把由大型電池組供電的三相交流電機(jī)作為內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力補(bǔ)充。逆變器電路用于將電池的直流電壓轉(zhuǎn)換為適于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的更高的交流電壓，而其中的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)則是一個(gè)關(guān)鍵器件。

　　混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中的大型電池組、電機(jī)、以及相關(guān)的機(jī)械組件占用了大量的空間。為了在這些一般比較緊湊的車(chē)輛中減少對(duì)乘坐艙的侵占，包括IGBT在內(nèi)的電子系統(tǒng)通常非?？拷l(fā)熱量大的熱源。并且所有的大功率IGBT都會(huì)在正常工作過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱量。另一方面，混合動(dòng)力汽車(chē)應(yīng)用具有在其他應(yīng)用中一般不會(huì)遇到的極端環(huán)境溫度。汽車(chē)生產(chǎn)商必須預(yù)料到他們的車(chē)輛可能會(huì)工作在低于-40℃到高于55℃(131℉)的環(huán)境溫度中。另外，IGBT還可能位于環(huán)境溫度高達(dá)125℃(257℉)的引擎艙中。

　　混合動(dòng)力汽車(chē)應(yīng)用中的IGBT將不得不承受從環(huán)境溫度到工作溫度再回到環(huán)境溫度的數(shù)千次溫度循環(huán)。在這些溫度循環(huán)過(guò)程中，組成IGBT的各種不同材料會(huì)經(jīng)受不同比率的膨脹和收縮。這使IGBT內(nèi)不同材料的電路層之間的焊點(diǎn)產(chǎn)生了可能導(dǎo)致焊接斷裂的應(yīng)力。

　　焊接斷裂

　　焊接斷裂降低了IGBT的電氣和熱傳導(dǎo)能力并且可能會(huì)造成故障。生產(chǎn)商已經(jīng)開(kāi)始采用更先進(jìn)的材料來(lái)將造成焊接斷裂的膨脹率和收縮率的差異減到最小。在混合動(dòng)力汽車(chē)應(yīng)用中，可以采用AlN基板與Al-SiC基板的組合而不是采用一般用于工業(yè)應(yīng)用中的價(jià)格稍低的AlO基板和銅基板。IGBT生產(chǎn)商也改進(jìn)了焊接流程以便確保更薄、更均勻的焊接層。這提高了器件對(duì)造成焊接斷裂的應(yīng)力的承受能力，即便在焊接層最薄的地方也能承受最大的熱應(yīng)力。

　　IGBT生產(chǎn)商也發(fā)明了許多方法來(lái)降低焊接斷裂形成后帶來(lái)的影響，以便確保在車(chē)輛使用壽命期間IGBT的可靠工作。其中一種方法是使用幾個(gè)較小的并行內(nèi)核而不是采用一個(gè)較大的內(nèi)核。當(dāng)使用較大的內(nèi)核時(shí)，其中心和邊緣的溫度差異較大。這導(dǎo)致內(nèi)核和基板之間的焊點(diǎn)產(chǎn)生額外的應(yīng)力。

　　較小內(nèi)核的中心和邊緣溫度差異相應(yīng)較小，因而使得與基板連接點(diǎn)的應(yīng)力減到最小。另外，使用多個(gè)較小的內(nèi)核能夠讓IGBT生產(chǎn)商通過(guò)增大內(nèi)核間的距離來(lái)優(yōu)化器件的熱量分布。采用多個(gè)內(nèi)核代替單個(gè)內(nèi)核所帶來(lái)的靈活性讓生產(chǎn)商可以借助這種發(fā)生焊接斷裂導(dǎo)致溫度上升的可能性最小的方法來(lái)確定內(nèi)核的位置。通過(guò)采用這些和其他的方法，IGBT生產(chǎn)商就能夠生產(chǎn)出可以承受今天的混合動(dòng)力汽車(chē)中極端溫度循環(huán)條件的器件了。

　　總結(jié)

　　在未來(lái)，混合動(dòng)力汽車(chē)將憑借諸如鋰電池組和更高效的電機(jī)等新型技術(shù)來(lái)提供更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。IGBT生產(chǎn)商也正在通過(guò)制造更小的、更強(qiáng)大的并且能夠滿足未來(lái)混合動(dòng)力汽車(chē)要求的器件而做出他們的貢獻(xiàn)。