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PCBニュース

PCBニュース - 新エネルギー車用コア部品の電気制御IGBTモジュールの紹介

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新エネルギー車用コア部品の電気制御IGBTモジュールの紹介
2023-03-31
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Author:Sabrina      文章を分かち合う

現在の新エネルギー車用電子モジュールシステムは電池、VCU、BSM、モータなどの多くの部分から構成されているが、これらは比較的成熟した製品であり、車用モジュールメーカーはすでに多く開発しているが、モータ駆動部の最もコアな素子IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)絶縁ゲートバイポーラ型電気結晶ウエハを業界内で重視する必要があるモジュールがある。電力電子業界における「CPU」として、IGBT(絶縁ゲートバイポーラ結晶)は国際的に公認された電子革命の中で最も代表的な製品である。複数のIGBTウエハを集積してパッケージ化してIGBTモジュールを形成し、その電力はより大きく、放熱能力はより強く、新エネルギー自動車分野で極めて重要な機能と影響を発揮している。


1、「三電システム」と「電気駆動システム」とは何ですか。

三電システム、すなわち動力電池(電池と略称する)、駆動モータ(モータと略称する)、モータコントローラ(電気制御と略称する)も、人々に三大部品とされ、合わせて約新エネルギー車用電子の総コストの70%以上を占め、完成車の運動効率の核心を決定する部品である。


電気駆動システムは、一般的にモータ、電気制御、減速機、合わせて電気駆動システムと呼ばれています。


しかし、厳密に定義すると、進精電動株式募集説明書によると、電気駆動システムには3つのアセンブリが含まれている:駆動モータアセンブリ(動力電池の電気エネルギーを回転の機械エネルギーに変換し、出力動力の源である)、コントローラアセンブリ(電力電気結晶の硬質体及びソフトウェア設計に基づいて、駆動モータの動作状態をリアルタイムに制御し、その他の制御機能を豊かにし続ける)、伝動アセンブリ(歯車組を通じて出力回転数を下げて出力トルクを高め、電気駆動システムが効率的な区間で持続的に動作することを保証する)。


電気駆動システムの動作:新エネルギー自動車を運転する時、モータコントローラは動力電池から放出された直流電力(DC)を交流電力(AC)に変え(この過程は逆変換)、駆動モータを動作させ、モータは電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、更に伝動システム(主に減速機)を通じて自動車の車輪を走らせる。逆に、車輪の機械的エネルギーを電池に変換して記憶する過程が運動エネルギー回収である。


2、IGBTモジュールは一体どのように動作しているのか。

IGBTモジュールの標準的なパッケージ形式は平らな直方体で、最も外側はプラスチックケースで、底部は熱を伝導して放熱する金属底板(一般的には銅資料)である。車用電子モジュールの外にはまだ非常に多くの端子とピンがあり、それぞれに役割があることがわかる.


車用電子制御モジュールの中で、IGBTモジュールはインバータの最も核心部品であり、その動作原理をまとめた。


非オンオフの電気結晶特性により、遷移過程と寄生効果を考慮せず、単一IGBTウエハを理想的なスイッチと見なしている。モジュール内部にいくつかのIGBTウェハユニットの並列直列構造を構築し、直流電力がモジュールを通過する際に、異なるスイッチの組み合わせによる高速オフにより、電流の流出方向と周波数を変更し、所望の交流電力を出力する。


3、IGBTモジュールの生産プロセス

IGBT業界の敷居は非常に高い。ウェハの設計と生産を除いて、IGBTモジュールパッケージテストの開発と生産などの一環は同様に非常に高い科学技術要求と技術要求を持っている。


IGBTモジュールの横断面の中間面であり、現在のシェルシールプロセスのモジュール基本構造は大きく異なる。


IGBTモジュールパッケージの流れは、おおよそ次の通りである


パッチ→真空還流溶接→超音波洗浄→X-ray欠陥検出→ワイヤボンディング→静的試験→二次溶接→ハウジンググラウトと硬化→端子成形→機能試験(動的試験、絶縁試験、逆バイアス試験)

パッチ、最初にIGBT wafer上の各dieパッチをDBCに貼り付けます。DBCは銅被覆セラミックス基板、中間はセラミックス、両面銅被覆、DBCはPCBのように導電性と電力隔離などの役割を果たし、一般的なセラミックス絶縁材料はアルミナ(Al 2 O 3)と窒化アルミニウム(AlN)である.


真空溶接、パッチ後に真空溶接によりdieとDBCを固定する、一般的な半田は錫片または錫ペーストである.


X-ray空洞の検出には、大胆接続中に出現した気泡の状況、すなわち空洞を検出する必要があり、空洞の存在はデバイスの熱抵抗と放熱効率に深刻な影響を与え、過温度、焼損、爆発などの問題が発生する。一般自動車IGBTモジュールは空洞率が1%未満であることを要求する.


次にwire bondingプロセスである、dieとDBCを金属線で結合し、最も多く使用されているのはアルミニウム線であり、その他の一般的なものは銅線、銅線、アルミニウムテープを含む.


中間には一連の外観検査、静的試験があり、過程中に問題のあるモジュールは直接廃棄される。


以上の工程を繰り返す、DBCを銅底板に溶接して結合する、その後、サイジング、シェル封止、レーザー打符号などの工程である.


出荷前には、電力効率の動的試験、絶縁試験、反バイアス試験など、最後の機能試験が行われます。


IGBTモジュール

4、一般的な車用電子IGBTモジュールのパッケージタイプはどれらがありますか?


Econodualシリーズのハーフブリッジパッケージは、商用車に主に使用する、主な規格は1200 V/450 A、1200 V/600 Aなどである.


HP 1のフルブリッジパッケージは、主に中小電力車種に使用する、一部のA級車、大部分のA 0、A 00車を含み、ピーク電力は一般的に70 kW以内で、型番は650 V 400 Aを主とし、その他の規格は750 V 300 A、750 V 400 A、750 V 550 Aなどである.


HPDのフルブリッジパッケージ、中大出力型車に使用する、大部分のA級車及びそれ以上、750 V 820 Aの規格で市場の主流を占め、その他の規格は750 V 550 Aなどである.


DC 6全橋パッケージは、UVW三相全橋に基づく全体式パッケージ方案であり、パッケージがコンパクトで、電力密度が高く、放熱効率が良いなどの特徴を備えている。


TO 247は単管並列に接続されており、市場にはTO 247単管パッケージを少量使用した電気制御システム案もある。単管並列方式を使用する利点は主に2点ある:①単管方式は柔軟な線路設計を実現でき、どれだけの電流が必要かは相応の単管並列すればよいので、コストにも一定の利点がある。②寄生インダクタンスの問題はIGBTモジュールより解決しやすい。しかし、単管並列接続を使用するにもいくつか解決すべき難点が存在する:①各並列単管間の均流と平衡は比較的に困難で、一致性は比較的に保障されにくく、例えば同時の切断、同じ電流、温度などを実現する。②お客様のシステム設計、プロセスの難易度は非常に高い.③中間面が多く、生産ラインに対する要求が高い。


5、車用電子IGBTモジュールはどのようなテスト検証を行いますか?

車用IGBTモジュールは製品の効率と品質に対する要求が消費と工業制御の分野より明らかに高く、この車規認証は車用IGBTモジュール市場の最も重要な障壁となり、一般的に、車規級IGBTは2年程度の車種導入周期を必要とする。


車用電子IGBTモジュールの試験基準は主にAEC-Q 101とAQG-324を参照し、同時に自動車企業は自分の車種特徴に基づいて相応の要求を提出し、主な試験方法は以下を含む:パラメータ試験、ESD試験、絶縁耐圧、機械振動、機械衝撃、高温老化、低温老化、温度回転、温度衝撃、UHAST(高温高湿無バイアス)、HTRB(高温逆バイアス)、HTGB(高温消去)、H 3 TRB/HAST(高温高湿反偏)、パワーループバック、溶接可能性。


その中で、パワーコイルバックと温度コイルバックは代表的な耐久試験として、パワーコイルバック回数は数万回から10万回まで様々であることが要求されている。主な目的はボンディングワイヤ、溶接層などの機械的接続層の耐久状況をテストすることである。試験時の故障メカニズムは主に、ウエハ、ボンディングワイヤ、DBC、半田などの熱膨張係数が一致せず、ボンディングワイヤの脱落、破断、ウエハ半田層の分離、及び半田の老化などを招いた。


以上は私たちが共有した新エネルギー車用電子コア部品の電気制御IGBTモジュールの紹介です。