汽車級IGBT在混合動力車中的應用

　　功率循環

　　通常，逆變器設計主要考慮IGBT Tjmax(最高結溫)的限制，但在混合動力車應用中，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(結溫快速變化)將會更大程度影響IGBT的壽命，IGBT導通電流波動時，綁定線也會隨之擺動，對綁定線和IGBT芯片連接可靠性有較大的影響，反復的擺動可能導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，直接導致IGBT的損壞。

　　為了模擬汽車運行工況，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“秒級功率循環試驗”(power cycling second，電流加熱，外部水冷冷卻)，通過加速老化試驗，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，最大節溫150℃，0.5s < tcycl<5s，150kc次功率循環而不損壞。

　　相對傳統工業模塊主要有以下幾點改進：

　　● 綁定線材料改進;

　　● 芯片結構加強;

　　● 綁定線連接回路優化;

　　● 優化后的焊接工藝。

　　溫度循環

　　逆變器在HEV中，通常位于前艙靠近發動機或位于傳動機構附近，IGBT模塊將承受較高的環境溫度和溫度變化，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)，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。熱膨脹系數和襯底幾乎相同，因此有更好的熱循環特性。但對混合動力車應用因成本過高而很難被接受。