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1、-IGBT模块在电动汽车中的应用和选型-第 5 页1电动汽车中IGBT的工作原理HEV的电气系统示意图如下所示：DM电气系统示意图：IGBT是电动汽车中的核心器件之一电动控制系统：用电控系统的IGBT模块成本约占整车成本10%车载空调控制系统充电系统电控系统的原理如下图：2IGBT模块性能及可靠性要求电动汽车用IGBT面临的挑战：工作环境温度变化幅度大个人驾驶习惯差异大路况复杂电机峰值功率高输出功率变化频繁可靠性要求高，工作寿命长，失效后影响大定制化要求：体积、重量、形状IGBT性能要求额定电压VCES：考虑充满电后的电池电压、寄生电感、di/dt等的影响，一般为电池电压的两倍以上额定电流IC
2、：考虑电机的峰值功率工作频率：VCEsat需为正温度系数，尽量低，关断软度好安全工作区：短路耐量高、RBSOA大，最好具有一定的雪崩耐量Tjmax150模块热阻低，热容大EMIIGBT可靠性要求：测试项目 测试条件及要求：温度循环 (TC) -40125，1000 cycles热冲击测试 (TS) -40125，100 cycles机械振动 (MV) 10g，2hrs per axis(x,y,z)机械冲击 (MS) 100g，3次,每个方向（x,y,z）高温存储 (HTS) Ta=150，1000hrs低温存储 (LTS) Ta=-40，1000hrs高温反向偏 (HTRB) 1000hrs
3、，80% VCES，VGE=0，Tj=150高温栅极偏压 (HTGB) 1000hrs，Tj=150高温高湿存储 (H3TRB) 1000 hrs，Ta=85，RH=85%, 80%VCES，最大不超过100V压力锅试验 (AC) 96hr，15psig，RH=100%，Ta=121功率循环 (PC) Tj=100K，30000 cycles3IGBT在电动汽车应用中的失效：IGBT芯片失效： 过热 过压 过流 动态失效模块的老化失效： 电极端子、外壳 焊接层 芯片键合线其他失效：腐蚀等IGBT常见失效：过热失效：环境温度高温度保护点设置不合适，温度保护不及时电流过大，器件损耗过高热容低热阻高
4、过压失效： 器件耐压余量不够 寄生电感大 吸收电路 过流保护时关断不合理过流失效：启动、急加速、急减速、半坡起步、电机堵转/卡死IGBT常见失效电极脱落电极脱落：电极结构设计不合理电极焊接工艺装配衡量方法：机械振动/冲击IGBT常见失效焊接分层材料热膨胀系数和韧性焊料成分焊料厚度焊接面积衡量方法：温度循环/冲击IGBT常见失效键合线失效键合线有大电流通过时，键合线会发生振动键合线和Si热膨胀系数不一致，在Tj变化的过程中发生原子重构导致键合线断裂衡量方法：功率循环影响因素 键合工艺 键合线成分 芯片表面金属化工艺及成分4 主要车用IGBT模块HEVIGBT模块两组三相全桥IGBT额定电压：850VIGBT芯片集成温度、电流传感器双面散热IGBT模块采用可焊正面金属工艺，单管封装将单管IGBT双面散热器散热直接水冷IGBT模块三相全桥IGBT650V, 200A/400A/800A插针状底板，可直接水冷，热阻降低50%以上无焊接IGBT模块三相全桥，600V, 600/900A;1200V,300A/450A芯片与DBC之间采用烧结工艺信号端子为弹簧电极主电极和DBC上的连接方式为压接DBC与底板连接方式为压接，无TC失效问题