【经验】 一文带你解读国内首部车用IGBT标准,助你挑选合适的汽车级IGBT模块

2021-10-22 SLKOR
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IGBT全称为绝缘栅双极晶体管,是电力电子行业广泛应用的半导体器件。萨科微(SLKOR)这里讲述的模块是一种具体的封装形式,它是IGBT芯片的载体并起到保护作用。近些年随着新能源汽车行业的蓬勃发展,越来越多的汽车级IGBT产品应运而生。萨科微(SLKOR)带你了解汽车行业的半导体标准,可以加深对器件特性的理解,帮助开发者选择合适的产品。


半导体标准

在半导体标准体系内,有JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council),IEC(International Electrotechnical Commission)等标准。


汽车行业标准

在汽车行业有AEC(Automotive Electronics Council)标准,车载IGBT模块的可靠性试验规范AQG324由ECPE(European Center for Power Electronics)发布,早期命名为LV324,由汽车厂商大众、奥迪、宝马、保时捷和戴姆勒编制而成。


QC/T 1136 汽车级 IGBT 标准

国内由CATARC牵头,中国一汽主笔编写了《QC/T 1136-2020 电动汽车用绝缘栅双极晶体管模块环境试验要求及试验方法》,并于2021年4月1日首次发布,是国内首部车用IGBT模块的标准,用于规范半导体供应商在IGBT模块可靠性试验的项目及其要求。

图 1 《QC/T 1136-2020 电动汽车用绝缘栅双极晶体管模块环境试验要求及试验方法》


QC/T 1136-2020规定了电动汽车用IGBT模块环境适应性的要求和试验方法。全文分为八个部分,分别是前言、范围、规范性引用文件、术语和定义、符号和缩略语、环境适应性要求、试验方法和附录。其中第五章节为环境适应性要求(见表1)、第六章节为试验方法。所有试验在无特殊规定时,应在下列环境条件下进行:


-环境温度:+18℃~+28℃;

-相对湿度:45%~75%;

-大气压力:86kPa~106kPa;

-海拔:不超过1000米。若超过1000米,按GB/T18488.1-2015有关规定进行修正。


表1. QC/T 1136汽车级IGBT模块环境试验要求和参考标注

在表1中试验项目可以归纳为芯片可靠性和封装可靠性两大类,其中:


芯片可靠性

与芯片可靠性相关的试验项目有高温阻断试验、高温栅极偏置试验、高压高温高湿阻断试验和功率循环(秒级)试验。

表2. 芯片可靠性试验要求

考虑到汽车零部件时常暴露在恶劣的气候条件下,因此必须保证汽车级产品在高温、高湿、高压条件下,避免出现腐蚀或氧化。其中高温高湿阻断试验基于AEC-Q101要求的80V电压下进行,但考虑到实际运行工况中母线电压要远大于80V,所以设计了HV-H³TRB试验。为通过加严的高温高湿阻断试验,在芯片设计中需要特别关注钝化层的设计。

图2. 优化钝化层前/后的试验结果

PCsec试验是为了模拟实际应用中负载变化引起的绑定线和芯片结温的变化,试验结果为特定温升条件下的寿命(循环次数)。试验过程中IGBT模块通入秒级的负载电流,同时调节冷却系统温度使结温达到最大允许工作温度。在这个过程中,主要考验绑定线与芯片的连接点以及IGBT芯片与DCB焊接层的可靠性。试验终止条件为导通压降超过初始值的5%或系统热阻超过初始值的20%。

图3. PC(sec)测试和失效现象

封装可靠性

与封装可靠性相关的试验项目有机械振动/冲击、功率循环(PCsec/PCmin)、温度冲击、温度循环(被动)、高/低温贮存,锡焊温度及其可焊性的试验。


表3. 封装可靠性试验要求

在机械振动方面,考虑到安装位置对于振动等级(严酷度)的要求差异,因此在这里没有给出具体的限值,需要根据在车身上的安装位置选取振动等级(参考GB/T 28046.3-2011)。机械振动试验会导致绑定线自身的开裂、绑定线与其它相关连接件的松脱以及封装外壳的开裂等,因此IGBT模块必须满足相关的严酷度等级。

图4. 机械振动导致的绑定线失效


功率循环试验(PCsec/PCmin)与温度循环/冲击试验设置的主要差别在于发热源,功率循环是通过负载电流使芯片发热,而温度循环/冲击是由外部热源加热整个封装。


功率循环(PCsec):检验绑定线与芯片的连接点可靠性以及芯片与DCB焊接层的可靠性。

功率循环(PCmin):检验绑定线与芯片的连接点可靠性,芯片与DCB焊接层的可靠性以及DCB与Baseplate焊接层的可靠性。

温度循环(TC):从Baseplate底部缓慢加热整个封装,检验具有不同热膨胀系数的材料之间连接的可靠性。

温度冲击(TST):将IGBT模块迅速(<30s)从高温(低温)环境放置于低温(高温)环境,检验模块在快速温度交变场景之下的适应性。

图5. IGBT模块的分层示意图

高低温贮存试验是考量IGBT模块在特定温度环境下最小贮存时间。焊接温度和可焊性是针对IGBT模块上信号Pin提出的,对于压接的信号Pin也要满足可焊性的要求。


综上所述,QC/T 1136-2020是针对汽车级IGBT模块环境可靠性试验的推荐标准,其中包含模块内芯片可靠性和封装可靠性相关的试验项目和要求。

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

选型指南  -  SLKOR  - 2022/10/9 PDF 中文 下载

扬杰科技(YANGJIE)分立器件产品快速选型表

目录- 整流桥 Rectifier Bridge    整流二极管 Rectifier Diode    快恢复二极管 Quick-recovery Diode    超高效整流二极管 Ultra High Efficiency Rectifier Diode    肖特基二极管 Schottky Diode    光伏二极管 Photovoltaic Diode    瞬态抑制二极管 Transient Voltage Suppressor    稳压二极管 Zener Diode    放电管 Discharge Tube    静电放电 ESD    小信号开关二极管 Small Signal Switching Diode    小信号肖特基二极管 Small Signal Schottky Diode    小信号三极管 Small Signal Triode    小信号数字晶体管 Small Signal Digital Transistor    晶闸管/整流二极管/三相整流桥模块 THYRISTOR/RECTIFIER/ THREE PHASE RECTIFIE DIODE MODULE    IGBT模块 IGBT MODULES    肖特基模块/碳化硅肖特基模块 SCHOTTKY MODULES/SIC SCHOTTKY MODULE    快恢复二极管模块 FRD DIODE MODULES    中低压MOS管 Medium and Low Voltage MOS Tube   

型号- 1N4743A,MD350A12D4,MD165C08D2,ZMM55C22V,MT200DT08L2,SMF10CA,1N5941B,MMSZ5222B,BC807-16W,GBL408A,HER602G,H2MF,1N4742A,MT200U08T2,GS2GA,SMB3Z190A,1N5940B,MMSZ5223B,MF400K06F3,MBR30100FCTS,1N5393GS,HER603G,BZX55C8V2,GR1G,1N4745A,S315,MD600C08D5,GR1K,GR1J,GR1M,MBRL20100FCT,ZMM55C24V,MD75S12M2,SSL310B,1N5943B,MD75S12M4,SSL310A,S320,P6KE68C,GBL406A,HER604G,GR2B,GR2A,GR2D,1N4746A,SMF120CA,MD75S12M8,1N4744A,BZT52C8V2,SMB3Z3.3A,SR140L,SMA2Z43A,MMSZ5225B,GS2JA,1N5942B,S310,GR1A,HER605G,GR1B,MD75S08NM2,SA48CA,GR1D,GR3K,GR3J,GR3M,HER607G,MD130S16M5,SA180C,1.5KE500,MBR2045FCTS,MD130S16M3,SA180A,1N5946B,1N5945B,MD70K16D1,GS2KA,MD600U06I5,S33F,MD60A12D1,HER606G,1N4748A,SMF190A,GR2G,SA22CA,GR2J,P6KE8.2CA,GR2K,HER608G,GR2M,MD200C18D2,SMB3Z3.9A,MUR1660,1N5944B,S32F,P4KE180A,GR3A,P4KE180C,MD60K18D1,SA110CA,GR3B,SS210A,GR3D,GR3G,1N4747A,BAS416,GR5K,GR5J,H1KFS,GR5M,BZX55B5V1,ESD12VD3,1.5KE520,ZMM55C20V,SMB3Z3.6A,MF100C12F2N,1N5948B,SMF36CA,MD380K08D3,MF200C12F2,GS2MA,S35F,SS8U100,MD120C16D1,MF200C12F5,ESD12VD5,P4KE22CA,MD120K12D1N,BZX55B5V6,SMB2Z68A,MT40CB08T1,SMA2Z6.2A,MBR10100CTS,MUR1640,1N5947B,S34F,MMSZ5221B,GR5A,HD6S,GR5B,1.5KE51A,SMA2Z47A,GR5D,GR5G,YJD50N03A,1N4749A,1.5KE51C,P0080SC,MF200DU12FJ,KBL606,MBRB20150CT,SMA5923B,DZ23C6V2,BZX84C2V4W,KBL608,SA70CA,1.5KE36CA,DZ23C6V8,P0080SB,P0080SA,MURS140,MBR20100CD,S8550-L,1.5KE550,MF100U12F2,S8550-H,SA17CA,KBL610,1.5KE170CA,MD60C12D1N,MBR20100CT,SMA5922B,MT330C16T4,1N5949B,MD100C12D1N,HD8S,S36F,SR3200,1.5KE56A,BAS70-06,SMA5925B,BAS70-04,BAS70-05,MD400K16D4,SMA4727A,MUR1020FCT,E2AF,MURS120,SA5.0CA,GBP410A,BZX584B8V2,1.5KE56C,YBSM6010,MD240K12D2,P6KE500C,BZT52C3V9S,P6KE500A,MBR1060FCT,SMA5924B,S38F,SMF64A,BAV99WT,MBRB20150CTS,MBR10200FCT,MF300C06F2,YBSM6008,SMA2Z180A,YBSM6006,SD101BWS,SS520A,SS520B,SMA5927B,MBR4045PT,ZMM55C9V1,E2CF,MMSZ5226B,SMA4729A,MBRB1060CT,SMA5926B,MD50S12M1,P6KE180CA,MD50S12M4,BZT52C3V3S,BR2506L,E2BF,MMSZ5227B,SMA4728A,MT60C12T1,MBR30150CTS,YJL2312A,BR2506W,MUR540,MD36K12D1,SS215A,SMA5929B,P4KE400A,YJQ3415A,MD300A12D3,BZT52C3V6S,P4KE400C,ZMM55B75V,MMSZ5228B,MD30DU08DA,1.5KE10CA,MURS320B,S35VB100,MD260A12D3,SMA5928B,SMF60A,ZMM55B6V2,MD60DU16M7,BZX84C2V7W,P6KE27CA,E2DF,MBR10150FCT,YJG85G06A,BR2508L,ZMM55B6V8,MD500A18D5,MUR560,MUR1620F,MMSZ5229B,BR2508W,HER601G,SSL510,P4KE6.8CA,SS515,P4KE6.8C,MBLSK16S,E2GF,SS510,BZX84C5V6,BZX84C5V1,MD350C16D4,RL201G,P4KE220,SA9.0,SMF70A,MD75S08M8,SMB2Z160A,P6KE7.5,P4KE20C,MD600C12D5,P4KE20A,MT1508A,E2FF,KBPC5006W,MT330CB18T4,SMB3Z110A,MD75S08M4,MT200CB12T2,MD600A16D5,MBLSK14S,MT200CB12T3,GBPC1510W,MD75S08M2,MBR2060CTS,SS510A,SS510B,SMA2Z3.0A,MT150DT08L2,SMF19CA,KBJ806,SA90A,KBJ808,SA90C,BZT52B43,BC848CW,1N4001G,BZT52B47,SMB3Z240A,P4KE200,SMA4731A,SS52A,SS52B,RL203G,YJD40G10A,KBJ810,KBU806,SR3150,P6KE220CA,SA40CA,KBU808,E2HF,SS520,MT1506A,1N4002G,SB1240,SMA4730A,KBU810,BZX584C30V,RL202G,SZ1240A,MD60C16D1,E2KF,SMA5931B,BC848AW,SA100C,P6KE100CA,1N4003G,SMA4733A,RL205G,MD800C18D6,YJD15N10A,BZX584B7V5,SMB3Z82A,MD200A08D2,MT110CB18T1,SR5100L,SMF110A,E2JF,SMA5930B,BC848BW,P4KE100A,P4KE100C,BZX84B2V7,1N4004G,BZX84B2V4,RL204G,SMF85CA,SMA4732A,MMBTA05,MD380K12D3,MMBTA06,MT40CB12T1,SMA5933B,YJD100G10A,MT60CB18T1,DZ23C7V5,KBU1506,SMB2Z4.7A,MF300U05F6,KBU1508,1N4005G,SMA4735A,SZ1110A,RL207G,MD250S12M5,MD250S12M3,SS515A,SS515B,KBPC5008W,SMA5932B,SA100A,MT570C16T6,SMA4734A,MT25CB16T1,1N4006G,MF300A06F2N,KBU1510,RL206G,P6KE75,MMBTA55,SMA2Z100A,BZX584C2V4,SKBPC5010,SKBPC5012,SKBPC5014,SKBPC5016,SKBPC5008,BZT52B9V1S,MD400U08I4,MB6SA,ESD24VD3,P6KE62CA,1N4007G,SR260,MURS140B,P6KE68,MMBTA56,MMBTA44,SA7.5CA,MMBTA42,P6KE82,SS58A,GS3AB,SS58B,MUR1620,25SQ045,MUR2060FCT,AZ23C2V7,MT75DT18L1,P6KE75A,BZX584C2V7,BZX584C36V,P6KE75C,MD120A12D1,MURB1080CT,P6KE91,GS3BB,MBR10150FCTS,MD60S18M2,SS8550-H,SS8550-L,P4KE27C,MD60S18M7,SA6.0C,SA6.0A,GBL410A,MT100DT12L1,D4UB100,BZX584C39V,MD100A16D1N,SKBPC5006,MUR1060FCT,P4KE27A,D3UB80A,MBRL2045CT,MD260A08D3,P6KE30,1N4751A,SA190CA,U1AF,SR220,MMBTA92,GS3DB,MBR10150CD,BZT52B22,BZT52B24,SMF54CA,1N4448W,BZT52B27,SS54A,P6KE27,1.5KE100A,SS54B,1.5KE100C,P6KE24,KBPC2506W,P6KE22,BZT52B20,B5817WS,MT60C08T1,P4KE250,P6KE43,DB205,DB207,BZT52C7V5,DB206,E1CFS,1N4750A,B0520WS,P4KE24C,P6KE75CA,ZMM55C27V,P4KE24A,SMA2Z6.8A,BZT52B33,YJS9435A,BZT52B36,BZT52B39,P6KE39,MD30DU12DA,SS53A,SS53B,P6KE36,MD260K18D3,SMB2Z62A,BZT52B30,P6KE33,1N4753A,BZT52B4V3,P6KE51,GBJ810,BZT52B4V7,GBU810,1.5KE18CA,MUR820F,GBU806,1N5951B,GBU808,KBPC2508W,SR240,SS56A,U1DF,SS56B,YBS3008,P6KE47,YBS3006,D3UB100A,BZX584C33V,MBR10150CT,MD300C16D3,GBJ806,P6KE62,1N4752A,U1BF,MD50H08FJ,BZT52B18,P4KE22C,P4KE22A,GS3GB,BZT52B10,BZT52B11,BZT52B12,BZT52B13,YBS3010,BZT52B15,1N5950B,BZT52B16,U1CF,SS55A,SS55B,SA6.5C,P4KE6.8A,GBJ808,SA6.5A,P6KE56,HS3MB,1N4755A,MT200CB08T3,SA36CA,MT200CB08T2,GS1G,MBR3060CT,DBL205S,GS1J,1.5KE6.8,GS1K,GS1M,ZMM55C10V,SMF6.0A,GS1DB,SR8150,SD103AW,GBL410,MD120K18D1,FR204G,1N5953B,SMB3Z17A,YJQ3400A,GBJ3506A,MMSZ5234B,1S20,MT150DT12L2,GS2A,U1FF,BZX55B6V8,GS2B,BZX55B6V2,GS2D,MBRL30200FCT,1N4754A,GBL406,GBL408,DBL206S,1S40,ZMM55C11V,FR205G,SMB3Z18A,1N5952B,SMF

选型指南  -  扬杰科技 PDF 中文 下载

秒懂半导体封装技术——银烧结技术

银烧结技术,一种在300℃以下实现高可靠性连接的低温技术,正成为功率模块封装领域的焦点。该技术通过银颗粒间原子扩散实现互连,提供优异的导电和导热性能,满足高温应用需求。银烧结技术环保无铅,但面临设备和材料成本较高的挑战。随着技术优化,其在汽车电子、航空航天等领域有广泛应用前景。

技术探讨    发布时间 : 2024-09-06

中石科技(JONES)导热界面材料(TIM)选型指南(中文)

描述- 热量管理是半导体行业、光电子行业、消费性行业、汽车行业、工业、医疗行业及国防、航空航天领域中新一代产品中的关键设计难题,现代电子产品热管理过程的目标是从半导体与周围环境的结合部分有效的散热。

型号- 21-430H,21-212G,21-741F,21-361N,21-2系列,21-4XX-AB-YYY-ZZZZ,21-943P,21-8系列,21-117,21-815H,21-1800,21-232,21-870,21-3140H,21-361Z,21-112,21-233,21-380D,21-360D,21-340E,21-250,21-340B,21-760F,21-4,21-2,21-725G,21-1,21-830D,21-725,21-745H,21-880,21-881,21-230SF,21-240,21-361,21-120,21-8,21-321,21-943A,21-9XX-AB-YYY-ZZZZ,21-XXXX-AB-YYY-ZZZZ,21-320LD-032-150G,21-335H,21-943GS,21-937P,21XXX-AB-YYY-ZZZZ,21-3135D,21-361-032-150G,21-XXX-AB-YYY-ZZZZ,21-460H,21-217,21-233HA,21-1500,21-130,21-XXX-AB-YYY-ZZZZZ,21-430SF,21-361-062-800G,1-320LD-062-800G,21-3XX-AB-YYY-ZZZZ,21-390,21-270,21-320LD,21-1系列,21-7XX-AB-YYY-ZZZZ,21-869,21-381H2,21-220,21-780,21-937A,21-335A,21-420

选型指南  -  中石科技  - 2022_V.A.0  - 2023/9/28 PDF 中文 下载

阿基米德半导体携光储及车用IGBT模块亮相深圳国际电子展,共襄科技盛宴!

日前,阿基米德半导体参加了在深圳会展中心举办的elexcon2024深圳国家电子展。展示了SiC MOSFET/IGBT单管,半桥IGBT模块,三电平IGBT模块, SiC模块等众多产品。广泛应用于直流快充/超充,工业电源,感应加热,光伏逆变器,储能PCS,新能源汽车等领域。

厂牌及品类    发布时间 : 2024-09-04

扩大工控/汽车电子领域IC产品应用,华润微授权世强硬创代理

华润微电子旗下功率IC、智能控制MCU、智能传感器和IPM产品已上线世强硬创平台,并提供开放式晶圆制造和封装测试等制造服务产品。

签约新闻    发布时间 : 2024-01-16

NCE(新洁能)IPM、PIM 选型表

NCE(新洁能)提供如下IPM、PIM的技术选型,IC(A) Tj=100℃范围:+15~+820;5.5V VTH-Typ;VCE(sat)(V) @VGE=15V Typ范围:+1.25~+2;VCE(sat)(V) @VGE=15V Max范围:+1.5~+2.4;1~40KHz Switching Frequency,Tsc(us)范围:+5~+10;Voltage(V)范围:+650~+1700.....新洁能的IGBT Module通过工艺与器件结构优化,以先进的IGBT芯片技术为基础,以保证产品工作效率较好;同时可以提供各种通用的封装外形和电路拓扑的IGBT功率模块产品,满足不同的应用要求。新洁能的PIM可以广泛用于工业变频、工业逆变、新能源、汽车电子等领域。

产品型号
品类
Package
IC(A) Tj=100℃
VTH-Typ(V)
VCE(sat)(V) @VGE=15V Typ
VCE(sat)(V) @VGE=15V Max
Switching Frequency
Voltage(V)
NCEM40W120HA34
IGBT Module
34mm
40
5.5
2
2.4
10~40KHz
1200

选型表  -  NCE 立即选型

JW JOULWATT (杰华特) DC-DC/AC-DC/线性电源/电池管理/LED照明/汽车电子产品选型指南

描述- 杰华特微电子成立于2013年,是一家快速成长的高性能模拟和数模混合半导体供应商。公司采用自有的先进工艺技术进行芯片设计和制造。公司拥有广泛的产品组合,涵盖DC/DC、AC/DC、线性电源、电池管理、信号链、显示、汽车电子等,应用范围涉及计算机、通讯、工业控制、服务器与数据中心、汽车电子、家用电器、消费类电子、照明等众多领域。

型号- 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