淺談汽車應用中的IGBT功率模塊

諸如高環(huán)境溫度、暴露于機械沖擊以及特定的驅(qū)動循環(huán)等環(huán)境條件，要求對IGBT功率模塊的機械和電氣特性給予特別的關(guān)注，以便在整個使用壽命期間能確保其性能得到充分發(fā)揮，并保持很高的可靠性。本文對IGBT的功率和熱循環(huán)進行了探討。

各種工業(yè)應用中通常會使用多達十幾種的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，設(shè)計IGBT模塊的目的就是為了向某種專門的應用提供最優(yōu)的性價比和適當?shù)目煽啃浴?/p>

商用電動車(EV)和混合動力電動車(HEV)的出現(xiàn)為IGBT模塊創(chuàng)造了一個新的市場。EV和HEV中對IGBT功率模塊的可靠性要求最高的部分是傳動系，IGBT位于逆變器中，為混合系統(tǒng)的電機提供能量。根據(jù)傳動系的概念，逆變器可以放置在汽車尾箱、變速箱內(nèi)或引擎蓋下靠近內(nèi)燃機的位置，因此IGBT模塊要經(jīng)受嚴峻的熱和機械條件(振動和沖擊)的考驗。

為向汽車設(shè)計人員提供高可靠性的標準工業(yè)IGBT模塊，IGBT設(shè)計人員必須特別小心地選擇材料和設(shè)計電氣特性，以得到相似甚至更好的結(jié)果。

熱循環(huán)和熱沖擊試驗

在熱循環(huán)(TC)期間，待測器件(DUT)交替地暴露于被精確設(shè)定的最低和最高溫度下，使其管殼的溫差(ΔTC)達到80K到100K。DUT處于最低和最高溫度的存儲時間必須足以使其達到熱平衡(即2到6分鐘)。此項試驗的重點是檢測焊接處的疲勞特性。

通過更嚴格的試驗，還可以研究其它部分(如模塊的框架)所存在的弱點。熱沖擊試驗(TST)，也被稱作二箱試驗，是在經(jīng)過擴展的ΔTC的條件下進行的，例如從-40-C到+150+C，其典型的存儲時間為1小時。
功率循環(huán)

在熱循環(huán)/熱沖擊試驗過程中，從外部加熱DUT，而在功率循環(huán)(PC)期間，DUT被流經(jīng)模塊內(nèi)部的負載電流主動地加熱。因此，模塊內(nèi)部的溫度梯度和不同材料層的溫度都比熱循環(huán)過程中高得多。

模塊的冷卻是通過主動關(guān)斷負載電流以及使用外部散熱措施來實現(xiàn)的。最典型的是使用水冷散熱器，但空氣冷卻系統(tǒng)也較常用。試驗裝置能在加熱階段停止水流，待進入冷卻階段后再重新打開水流。通過功率循環(huán)，能對綁定線的連接以及焊接處的疲勞特性進行研究。

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