汽車級IGBT在混合動力車中的應(yīng)用

　　功率循環(huán)

　　通常，逆變器設(shè)計主要考慮IGBT Tjmax(最高結(jié)溫)的限制，但在混合動力車應(yīng)用中，逆變器較少處于恒定工況，加速、巡航、減速都會帶來電流、電壓的改變，由此帶來的ΔTj(結(jié)溫快速變化)將會更大程度影響IGBT的壽命，IGBT導(dǎo)通電流波動時，綁定線也會隨之?dāng)[動，對綁定線和IGBT芯片連接可靠性有較大的影響，反復(fù)的擺動可能導(dǎo)致綁定線壽命的耗盡(EOL， End of Life)，例如綁定線和IGBT芯片焊接脫落、綁定線斷裂等，直接導(dǎo)致IGBT的損壞。

　　為了模擬汽車運(yùn)行工況，針對HEV頻繁的加速、減速、巡航帶來的電流沖擊，英飛凌定義了“秒級功率循環(huán)試驗(yàn)”(power cycling second，電流加熱，外部水冷冷卻)，通過加速老化試驗(yàn)，模擬電氣沖擊下綁定線的焊接可靠性，英飛凌汽車級IGBT需要承受ΔTj=60k，最大節(jié)溫150℃，0.5s < tcycl<5s，150kc次功率循環(huán)而不損壞。

　　相對傳統(tǒng)工業(yè)模塊主要有以下幾點(diǎn)改進(jìn)：

　　● 綁定線材料改進(jìn);

　　● 芯片結(jié)構(gòu)加強(qiáng);

　　● 綁定線連接回路優(yōu)化;

　　● 優(yōu)化后的焊接工藝。

　　溫度循環(huán)

　　逆變器在HEV中，通常位于前艙靠近發(fā)動機(jī)或位于傳動機(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的差別會影響功率模塊的使用壽命，當(dāng)模塊使用時，溫度的變化會在不同層間產(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?，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。但對混合動力車應(yīng)用因成本過高而很難被接受。