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)的性價比和適當的可靠性。

商用電動車(EV)和混合動力電動車(HEV)的出現為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。根據傳動系的概念，逆變器可以放置在汽車尾箱、變速箱內或引擎蓋下靠近內燃機的位置，因此IGBT模塊要經受嚴峻的熱和機械條件(振動和沖擊)的考驗。

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

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被流經模塊內部的負載電流主動地加熱。因此，模塊內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斷負載電流以及使用外部散熱措施來實現的。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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