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新能源汽车用IGBT的温度、湿度、振动、冲击试验

作者: salmon范 编辑: 瑞凯仪器 来源: www.riukai.com 发布日期: 2019.07.02
    中国大陆功率半导体市场占世界市场的50%以上,但在中高端MOSFET及IGBT主流器件市场上,90%主要依赖进口,基本被国外欧美、日本企业垄断。
    2015年国际IGBT市场规模约为48亿美元,预计到2020年市场规模可以达到80亿美元,年复合增长率约10%。
    2014年国内IGBT销售额是88.7亿元,约占全球市场的1∕3。预计2020年中国IGBT市场规模将超200亿元,年复合增长率约为15%。
比亚迪车用IGBT模块
比亚迪车用IGBT模块
    IGBT作为新能源电动汽车的重要配件,占整车成本的7%~10%。

HEV中逆变器布置位置参考图

HEV中逆变器布置位置参考图

    《2019 中国 IGBT 产业发展及市场报告》显示,2018 年中国 IGBT 市场规模预计为 153 亿人民币,相较 2017 年同比增长 19.91%。受益于新能源汽车和工业领域的需求大幅增加,中国 IGBT 市场规模将持续增长,到 2025 年,中国 IGBT 市场规模将达到 522 亿人民币,年复合增长率达 19.11%。

IGBT模块的基本构造(含基板)

IGBT模块的基本构造(含基板)

    下文摘录了新能源汽车用IGBT关于温度、湿度、振动方面的标准和文章,其中最重要的是《电动汽车用绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块环境试验要求和试验方法》征求意见稿。
    根据该标准,主要摘要如下:
    6.3 环境试验项目
    6.3.1 扫频振动试验
    6.3.2 随机振动试验
    6.3.3 机械冲击试验
    6.3.4 高温阻断试验
    6.3.5 高温栅极偏置
    6.3.6 高温高湿阻断试验
    6.3.7 功率循环试验
    6.3.8 温度冲击试验

    6.3.9 温度循环试验

    6.3.10 高温贮存试验

    6.3.11 低温贮存试验
    6.3.12 锡焊焊接温度测试
    6.3.13 锡焊可焊性试验

    一、振动

    6.3.1 扫频振动试验
    试验条件
    GB/T 28046.3—2011 道路车辆 电气及电子设备的环境条件和试验 第3部分:机械负荷
    试验方法
    GB/T 2423.10 电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验Fc:振动(正弦)
    测试方法
    GB/T 29332 半导体器件 分立器件 第9部分:绝缘栅双极晶体管(IGBT)
    GB/T 28046.3—2011  4.1.2.1.2.1 正弦振动
    4.1.2 试验I——乘用车发动机
    4.1.2.1.2.1 正弦振动
    按GB/T 2423.10 进行试验,不同于GB/T 2423.10的是扫频速率不大于0.5oct/min。DUT每个轴向的试验持续时间为22h,加速度幅值和频率按图2和表2规定。
    注:试验持续时间基于附录A中A.4,当试验结束时(2.75温度循环),试验箱的温度高于室温。
    使用图2和表2中的曲线1的DUT装在五缸或少于五缸的发动机上。
    使用图2和表2中的曲线2的DUT装在六缸或多于六缸的发动机上。

    两条曲线组合可以覆盖所有类型的发动机。

振动严酷

最大加速与频率

表2 最大加速度与频率

    6.3.2 随机振动试验

    试验条件

    GB/T 28046.3—2011 道路车辆 电气及电子设备的环境条件和试验 第3部分:机械负荷
    试验方法
    GB/T 2423.56-2006 电工电子产品环境试验 第2部分;试验方法 试验Fh;宽带随机振动(数字控制)和导则
    测试方法
    GB/T 29332 半导体器件 分立器件 第9部分:绝缘栅双极晶体管(IGBT)
振动试验
振动试验
    GB/T 28046.3—2011  4.1.2.1.2.2 随机振动
    4.1.2 试验I——乘用车发动机
    4.1.2.1.2.2 随机振动
     按GB/T 2423.56进行试验,DUT每个轴向的试验持续时间为22h。
    注:试验持续时间基于附录A中A.4,当试验结束时(2.75温度循环),试验箱的温度高于室温。

    加速度均方根(r.m.s)值应为181m/s2。加速度功率谱密度(PSD)与频率见图3和表3所示。

    注:在正弦振动频率范围内PSD值(随机振动)被降低。

在正弦振动频

表3 PSD与频率

表3 PSD与频率
    6.3.3 机械冲击试验
    试验条件
    GB/T 28046.3—2011 道路车辆 电气及电子设备的环境条件和试验 第3部分:机械负荷
    试验方法
    GB/T 2423.5-1995  电工电子产品环境试验 第二部分:试验方法 试验Ea和导则:冲击
    测试方法

    GB/T 29332 半导体器件 分立器件 第9部分:绝缘栅双极晶体管(IGBT)

    GB/T 28046.3—2011  4.2 冲击

    4. 2 冲击

    4.2.3 在变速器内/上

    4.2.3.2 试验
    按GB/T 2423.6,采用下列参数进行试验:
    ——DUT工作模式:3.2(见GB/T 28046.1);
    ——冲击脉冲型式:半正弦波;
    ——典型最大加速度:商用车为3 000m/s2~50 000m/s2,乘用车同上供需双方协商;
    ——持续时间:<1 ms;
    ——冲击次数:由供需双方协商;
    ——温度:由供需双方协商。
    对商用车,上述参数主要用于气动助力换档操作(如果安装了选档系统,150 000次换档操作是有代表性的)。
    实际冲击应力由变速器的安装位置和设计特点决定,有个别情况是由相应的测量手段决定(推荐取样频率至少为25kHz)。试验须由生产商和用户全作进行。
    试验时冲击加速度应与在车上实际工作时所受的冲击加速度方向一致。如果实际方向未知,DUT应在所有6个方向上进行试验。
 高低温湿热试验箱
高低温湿热试验箱

    二、新能源汽车用IGBT高温,高温高湿,温冲,温度循环,高低温贮存试验

新能源汽车用IGBT高温
温度冲击试验示意图

    三、欧美日IGBT可靠性试验标准

    欧美
美国
    日本
    EIAJ ED-4701 (Aug.-2001 edition)
    EIAJ ED-4701/100
    TEST METHOD 101 STEADY STATE OPERATING LIFE
    TEST METHOD 102 TEMPERATURE HUMIDITY BIAS(THB)
    TEST METHOD 103 TEMPERATURE HUMIDITYSTORAGE 
    TEST METHOD 105 TEMPERATURECYCLE
    TEST METHOD 106 INTERMITTENT OPERATINGLIFE
 
    EIAJ ED-4701/200
    TEST METHOD 201 HIGH TEMPERATURESTORAGE
    TEST METHOD 202 LOW TEMPERATURESTORAGE
 
    EIAJ ED-4701/300
    TEST METHOD 307 THERMAL SHOCK
 
    EIAJ ED-4701/400
    TEST METHOD 403 VIBRATION (SINUSOIDAL)
    TEST METHOD 404SHOCK
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本文标签: IGBT

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