諸如高環(huán)境溫度、暴露于機(jī)械沖擊以及特定的驅(qū)動(dòng)循環(huán)等環(huán)境條件，要求對(duì)IGBT功率模塊的機(jī)械和電氣特性給予特別的關(guān)注，以便在整個(gè)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(duì)IGBT的功率和熱循環(huán)進(jìn)行了探討。

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

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

為向汽車(chē)設(shè)計(jì)人員提供高可靠性的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)IGBT模塊，IGBT設(shè)計(jì)人員必須特別小心地選擇材料和設(shè)計(jì)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(yàn)

在熱循環(huán)(TC)期間，待測(cè)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(dá)到80K到100K。DUT處于最低和最高溫度的存儲(chǔ)時(shí)間必須足以使其達(dá)到熱平衡(即2到6分鐘)。此項(xiàng)試驗(yàn)的重點(diǎn)是檢測(cè)焊接處的疲勞特性。

通過(guò)更嚴(yán)格的試驗(yàn)，還可以研究其它部分(如模塊的框架)所存在的弱點(diǎn)。熱沖擊試驗(yàn)(TST)，也被稱作二箱試驗(yàn)，是在經(jīng)過(guò)擴(kuò)展的ΔTC的條件下進(jìn)行的，例如從-40-C到+150+C，其典型的存儲(chǔ)時(shí)間為1小時(shí)。
功率循環(huán)

在熱循環(huán)/熱沖擊試驗(yàn)過(guò)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(fù)載電流主動(dòng)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(guò)程中高得多。

模塊的冷卻是通過(guò)主動(dòng)關(guān)斷負(fù)載電流以及使用外部散熱措施來(lái)實(shí)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(yàn)裝置能在加熱階段停止水流，待進(jìn)入冷卻階段后再重新打開(kāi)水流。通過(guò)功率循環(huán)，能對(duì)綁定線的連接以及焊接處的疲勞特性進(jìn)行研究。

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