新能源汽车核心部件IGBT模块想要过AECQ101认证需要要做哪些测试?

发表时间: 2023-12-30 02:59:26 作者: 行业新闻

  能,再通过传动系统(主要是减速器)让汽车的轮子跑起来。反过来,把车轮的机械能转换存储到电池的过程就是动能回收。

  三电系统,即动力电池(简称电池)、驱动电机(简称电机)、电机控制器(简称电控),也被人们成为三大件,加起来约占新能源车总成本的70%以上,是决定整车运动性能核心的组件。

  但严格定义上讲,根据进精电动招股说明书,电驱动系统包括三大总成:驱动电机总成(将动力电池的电能转化为旋转的机械能,是输出动力的来源)、控制器总成(基于功率半导体的硬件及软件设计,对驱动电机的工作状态进行实时控制,并持续丰富其他控制功能)、传动总成(通过齿轮组降低输出转速提高输出扭矩,以保证电驱动系统持续运行在高效区间)。

  一开始电机、电控、减速器都是各自独立的零部件,但随技术的进步,我们把这三个部分集合在一起做成一个部件,就变成了“三合一电驱”。集成的目的主要是节约空间、降低重量、提升性能、降低成本。

  目前市场上集成度较高的有比亚迪旗下弗迪动力的“八合一电动力总成”,这套八合一电驱系统集成了驱动电机、电机控制器、减速器、车载充电器、直流变换器、配电箱、整车控制器、电池管理器。

  当然,也并不是说集成度越高就越好,要解决的有散热结构设计、系统稳定性、生产的基本工艺成熟度等问题,对消费的人来说,后期维修成本也是一大问题。所以具体怎样选用多合一电驱系统还需要综合考量。

  通过非通即断的半导体特性,不考虑过渡过程和寄生效应,我们将单个IGBT芯片看做一个理想的开关。我们在模块内部搭建起若干个IGBT芯片单元的并串联结构,当直流电通过模块时,通过不同开关组合的快速开断,来改变电流的流出方向和频率,从而输出得到我们想要的交流电。

  上面提到了IGBT模块在电驱系统中的作用,下面我们展开来具体看看IGBT模块的结构。

  IGBT模块的标准封装形式是一个扁平的类长方体,下图为HP1模块的正上方视角,最外面白色的都是塑料外壳,底部是导热散热的金属底板(一般是铜材料)。能够正常的看到模块外面还有非常多的端子和引脚,各自有自己的作用:1是DC正,2是DC负;3,4,5是三相交流电的U、V、W接口;6,25,22是集电极的信号端子,7,9,11,13,15,17是门极信号端子;8,10,12,14,16,18是****极信号端子;19是DC负极信号端子;23,24是NTC热敏电阻端子。

  如上图所示,在IGBT模块/单管中,一般统称一单元是IGBT单管,二单元是单个桥臂(半桥),四单元是H桥(单相桥),六单元是三相桥(全桥),七单元一般是六单元+一个制动单元,八单元一般是六单元+制动单元+预充电单元。

  如上图所示,能够正常的看到IGBT模块横切面的界面,目前壳封工艺的模块基本结构都相差不大。IGBT模块封装的流程大致如下:

  贴片→真空回流焊接→超声波清洗→X-ray缺陷检验测试→引线键合→静态测试→二次焊接→壳体灌胶与固化→端子成形→功能测试(动态测试、绝缘测试、反偏测试)

  贴片,首先将IGBT wafer上的每一个die贴片到DBC上。DBC是覆铜陶瓷基板,中间是陶瓷,双面覆铜,DBC类似PCB起到导电和电气隔离等作用,常用的陶瓷在允许电压下不导电的材料为氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN);

  真空焊接,贴片后通过真空焊接将die与DBC固定,一般焊料是锡片或锡膏;

  X-ray空洞检测,需要检测在敢接过程中出现的气泡情况,即空洞,空洞的存在将会极度影响器件的热阻和散热效率,以致出现过温、烧坏、爆炸等问题。一般汽车IGBT模块要求空洞率低于1%;

  接下来是wire bonding工艺,用金属线将die和DBC键合,使用最多的是铝线,其他常用的包括铜线、铜带、铝带;

  重复以上工序将DBC焊接和键合到铜底板上,然后是灌胶、封壳、激光打码等工序;

  出厂前会做最后的功能测试,包括电气性能的动态测试、绝缘测试、反偏测试等等。

  HP1全桥封装,主要用在中小功率车型上,包括部分A级车、绝大部分的A0、A00车,峰值功率一般在70kW以内,型号以650V400A为主,其他规格如750V300A、750V400A、750V550A等;

  HPD全桥封装,中大功率型车上使用,大部分A级车及以上,以750V820A的规格占据市场主流,其他规格如750V550A等;

  DC6全桥封装,基于UVW三相全桥的整体式封装方案,具备封装紧凑,功率密度高,散热性能好等特点;

  TO247单管并联,市场上也有少量使用TO247单管封装的电控系统方案。使用单管并联方案的优势主要有两点:①单管方案能轻松实现灵活的线路设计,需要多大的电流就用相应的单管并联就好了,所以成本也有一定优势;②寄生电感问题比IGBT模块好解决。但是使用单管并联也存在一些待解决的难点:①每个并联单管之间均流和平衡很难,一致性比较难得到保障,例如实现同时的开断,相同的电流、温度等;②客户的系统模块设计、工艺难度非常大;③接口比较多,对产线、汽车IGBT模块要做哪些测试验证?

  产品性能和质量的要求要明显高于消费和工控领域,因此车规认证成为了汽车IGBT模块市场的最重要壁垒,一般来说,车规级IGBT需要2年左右的车型导入周期。汽车IGBT模块测试标准主要参照AEC-Q101和AQG-324,同时车企会通过你自己的车型特点提出对应的要求,主要测试方法包括:

  参数测试、ESD测试、绝缘耐压、机械振动、机械冲击、高温老化、低温老化、温度循环、温度冲击、UHAST(高温高湿无偏压)、HTRB(高温反偏)、HTGB(高温删偏)、H3TRB/HAST(高温高湿反偏)、功率循环、可焊性。其中功率循环和温度循环作代表的耐久测试,要求极为严格,例如功率循环次数可能从几万次到十万次不等。最大的目的是测试键合线、焊接层等机械连接层的耐久情况。测试时的失效机理主要是,芯片、键合线、DBC、焊料等的热膨胀系数不一致,导致键合线脱落、断裂,芯片焊层分离,以及焊料老化等。

  Test Qualification ForDiscrete Semiconductors,基于分立半导体应力测试认证的失效机理,名字有点长,所以一般就叫“分立半导体的应力测试标准”。现在的Rev E版本是2021.03.01刚发布的最新版。

  晶圆制造技术,分为以下几种,主要是MOS、IGBT、二极管、三极管、稳压管、TVS可控硅等。

  网络,专业的技术团队及先进的实验室,提供全面的半导体产业解决方案,服务范围覆盖供应链上下游,帮助分立器件厂商把控良率并顺利进入车厂供应链,助力其产品在市场端建立稳固的质量信任,推动国产半导体产业取得新的技术突破与稳健的持续性发展。

  的好坏,直接决定车辆的可用性。而它的最基本防护,主要是由密封性所决定的。

  系统由很多部分所组成,如电池、VCU、BSM、电机等,但是这些都是发展很成熟的产品,国内外的

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