汽車級IGBT在混合動力車中的設計應用
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
溫度循環(huán)
逆變器在HEV中，通常位于前艙靠近發(fā)動機或位于傳動機構附近，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(見圖3)，每種材料具有不同的CTE(熱膨脹系數(shù))，CTE的差別會影響功率模塊的使用壽命，當模塊使用時，溫度的變化會在不同層間產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(shù)差別盡可能小的材料來進行焊接組合。但另一方面，即使它們的熱膨脹系數(shù)十分匹配，因為材料本身的成本可能會太高，或者在生產過程中難以被加工或加工成本太高。例如列車牽引應用中的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。但對混合動力車應用因成本過高而很難被接受。
英飛凌通過改進后的Al2O3陶瓷基片技術，在不大幅度增加成本的前提下，同樣可以達到混合動力汽車中熱循環(huán)次數(shù)的要求。
通常IGBT模塊通過被動溫度循環(huán)(Thermal Cycling)加速測試焊接可靠性，對于汽車級IGBT，英飛凌定義更嚴酷的熱沖擊試驗(TST，Thermal Shock Test)，相對TC試驗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)。
按照英飛凌計算方式，汽車級IGBT模塊壽命為工業(yè)級2.5倍，為牽引級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。
機械結構的加強
除了對上述IGBT內部封裝工藝的改進，英飛凌汽車級IGBT還對IGBT外殼和接線端子進行了增強，包括溫度特性和機械結構特性的加強，以應對汽車嚴酷的應用環(huán)境，例如以下幾個方面。
(1)溫度特性加強。相較通常工業(yè)應用，汽車內IGBT需要承受較高的溫度沖擊，如果IGBT的外殼材料不夠堅固，將會在溫度沖擊下斷裂損壞，英飛凌汽車級IGBT需在熱沖擊試驗-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)，改進后的IGBT外殼可靠性大大增強。
(2)結構特性加強。在HEV中，IGBT震動大大超過普通工業(yè)模塊，外殼和端子將承受較大的機械沖擊，英飛凌汽車級IGBT可以承受超過5g的機械振動和超過30g的機械沖擊。
英飛凌汽車級IGBT產品
為滿足汽車級應用，英飛凌對推出HEV專用的IGBT模塊，包括2款產品：
● HybridPACK1―400A/650V IGBT 6單元，針對電機功率20kW~30kW左右的輕度混合動力汽車;
● HybridPACK2―800A/650V IGBT 6單元，針對電機功率80kW左右的的全混合動力車。
主要的產品特點：
● 6單元IGBT簡化逆變器設計;
● 工作結溫為150℃，最大節(jié)溫175℃;
● IGBT技術;
● 改進后的綁定線工藝;
● 改進后的陶瓷基片增加焊接可靠性;
● 6 NTC;
● 改進后的綁定線工藝;
● 改進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。
結論
隨著功率器件在汽車中越來越多地應用，對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。針對汽車應用，英飛凌推出的汽車級IGBT模塊具有高可靠性、長壽命、適中成本的特點，只有在混合動力汽車應用需要專用的功率半導體模塊，才能保證核心零部件的可靠性，直接關系著混合動力車的成功與否。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/197679.htm
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