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想要从零了解

汽车电控IGBT模块

看这一篇就够了！

证据乘联会数据，2022年6月新能源车国内零卖浸透率27.4%，何况2022年6月29日欧盟对外告示，欧盟27个成员国照旧初步达成一致，欧洲将于2035年禁售燃油车。市集越来越景气，同期国内近期新发布的新能源车型也百花皆放。不管是普通豪侈者、新能源汽车产业联系从业者，如故一二级市集投资东谈主，也渐渐久了见原研究新能源车的一些中枢部件，尤其是功率器件IGBT模块，今天小编就用问答的步地给群众伸开讲讲，但愿大略用相比通俗的施展匡助到群众。

01

电驱系统和

IGBT模块的作用

要弄判辨IGBT模块，就要先了解新能源汽车的电驱系统，先用一句话抽象电驱系统如何职责：在驾驶新能源汽车时，电机限度器把能源电板放出的直流电（DC）变为交流电（AC）（这个过程即逆变），让驱动电机职责，电机将电能调度成机械能，再通过传动系统（主如果降速器）让汽车的轮子跑起来。反过来，把车轮的机械能调度存储到电板的过程便是动能回收。

1、什么是“三电系统”和“电驱系统”？

三电系统，即能源电板（简称电板）、驱动电机（简称电机）、电机限度器（简称电控），也被东谈主们成为三大件，加起来约占新能源车总资本的70%以上，是决定整车通顺性能中枢的组件。

电驱系统，咱们一般通俗把电机、电控、降速器，合称为电驱系统。

但严格界说上讲，证据进精电动招股证实书，电驱动系统包括三大总成：驱动电机总成（将能源电板的电能转动为旋转的机械能，是输出能源的开首）、限度器总成（基于功率半导体的硬件及软件假想，对驱动电机的职责景况进行及时限度，并捏续丰富其他限度功能）、传动总成（通过齿轮组裁减输出转速提高输出扭矩，以保证电驱动系统捏续运行在高效区间）。

图：电驱系统暗意图

图片开首：进精电动招股证实书

2、什么是“多合一电驱系统”？

一开动电机、电控、降速器都是各自零丁的零部件，但跟着时期的逾越，咱们把这三个部分联接在一皆作念成一个部件，就酿成了“三合一电驱”。集成的研究主如果省俭空间、裁减分量、普及性能、裁减资本。

图片开首，巨一科技官网、翠展微电子

现在市集上集成度较高的有比亚迪旗下弗迪能源的“八合一电能源总成”，这套八合一电驱系统集成了驱动电机、电机限度器、降速器、车载充电器、直流变换器、配电箱、整车限度器、电板不休器。

图片开首，弗迪能源

虽然，也并不是说集成度越高就越好，需要处治的有散热结构假想、系统踏实性、坐褥工艺纯熟度等问题，抵豪侈者来说，后期维修资本亦然一大问题。是以具体怎样采取多合一电驱系统还需要综合。

3、IGBT模块究竟如何职责？

在电控模块中，IGBT模块是逆变器的最中枢部件，转头其职责旨趣：

通过非通即断的半导体性情，不推敲过度过程和寄收效应，咱们将单个IGBT芯片看作念一个联想的开关。咱们在模块里面搭建起几许个IGBT芯片单位的并串结合构，当直流电通过模块时，通过不同开关组合的快速开断，来改换电流的流出观念和频率，从而输出赢得咱们想要的交流电。

图：IGBT逆变旨趣

图片开首集聚，侵删

02

IGBT模块结构和

汽车IGBT模块运用

上头提到了IGBT模块在电驱系统中的作用，底下咱们伸开来具体望望IGBT模块的结构。

01

IGBT模块什物长啥样？

IGBT模块的圭臬封装步地是一个扁平的类长方体，下图为HP1模块的正上方视角，最外面白色的都是塑料外壳，底部是导热散热的金属底板（一般是铜材料）。不错看到模块外面还有十分多的端子和引脚，各自有我方的作用：

1是DC正，2是DC负；3，4，5是三相交流电的U、V、W接口；6，25，22是集电极的信号端子，7，9，11，13，15，17是门极信号端子；8，10，12，14，16，18是辐照极信号端子；19是DC负极信号端子；23，24是NTC热敏电阻端子。

图：HP1模块等效电路图

图：HP1模块等效电路图

图片开首，翠展微

02

IGBT的基础拓扑结构是怎样的？

2023年时期已过半，第二季度的职责已告一段落。为进一步转头细目第二季度的职责效果，正视反想现在的近况。

图：IGBT模块基础电路拓扑结构

图片开首，翠展微

如上图所示，在IGBT模块/单管中，一般统称一单位是IGBT单管，二单位是单个桥臂（半桥），四单位是H桥（单相桥），六单位是三相桥（全桥），七单位一般是六单位+一个制动单位，八单位一般是六单位+制动单位+预充电单位。

一个单位由1对、2对或3对FRD+IGBT构成。其中1对，不错是1个FRD+1个IGBT，也不错是1个FRD+2个IGBT等。

具体什物可参照下图，这是一个6单位的IGBT模块。

图：英飞凌Primepack IGBT模块

图片开首，"耿博士电力电子时期"公众号

03

IGBT模块的坐褥进程？

图：IGBT 圭臬封装结构横切面

图片开首，翠展微

如上图所示，不错看到IGBT模块横切面的界面，现在壳封工艺的模块基本结构都收支不大。IGBT模块封装的进程约莫如下：

贴片→真空回流焊合→超声波清洗→X-ray残障检测→引线键合→静态测试→二次焊合→壳体灌胶与固化→端子成形→功能测试（动态测试、绝缘测试、反偏测试）

贴片，领先将IGBT wafer上的每一个die贴片到DBC上。DBC是覆铜陶瓷基板，中间是陶瓷，双面覆铜，DBC类似PCB起到导电和电气停止等作用，常用的陶瓷绝缘材料为氧化铝（Al2O3）和氮化铝（AlN）；

真空焊合，贴片后通过真空焊合将die与DBC固定，一般焊料是锡片或锡膏；

X-ray空匮检测，需要检测在敢接过程中出现的气泡情况，即空匮，空匮的存在将会严重影响器件的热阻和散热服从，以致出现过温、烧坏、爆炸等问题。一般汽车IGBT模块条款空匮率低于1%；

接下来是wire bonding工艺，用金属线将die和DBC键合，使用最多的是铝线，其他常用的包括铜线、铜带、铝带；

中间会有一系列的外不雅检测、静态测试，过程中有问题的模块径直报废；

肖似以上工序将DBC焊合和键合到铜底板上，然后是灌胶、封壳、激光打码等工序；

出厂前会作念临了的功能测试，包括电气性能的动态测试、绝缘测试、反偏测试等等。

04

常见的汽车IGBT模块封装类型有哪些？

Econodual 系列半桥封装，运用在商用车上为主，主要规格为1200V/450A，1200V/600A等；

HP1全桥封装，主要用在中小功率车型上，包括部分A级车、绝大部分的A0、A00车，峰值功率一般在70kW以内，型号以650V400A为主，其他规格如750V300A、750V400A、750V550A等；

HPD全桥封装，中大功率型车上使用，大部分A级车及以上，以750V820A的规格占据市集主流，其他规格如750V550A等；

DC6全桥封装，基于UVW三相全桥的整形式封装有研究，具备封装紧凑，功率密度高，散热性能好等特质；

TO247单管并联，市集上也有小数使用TO247单管封装的电控系统有研究。使用单管并联有研究的上风主要有两点：①单管有研究不错竣事纯果真知道假想，需要多大的电流就用相应的单管并联就好了，是以资本也有一定上风；②寄生电感问题比IGBT模块好处治。然而使用单管并联也存在一些待处治的难点：①每个并联单管之间均流和均衡相比不毛，一致性相比珍视到保险，举例竣事同期的开断，疏浚的电流、温度等；②客户的系统假想、工艺难度十分大；③接口相比多，对产线的条款很高。

05

汽车IGBT模块要作念哪些测覆按证？

汽车IGBT模块对家具质能和质料的条款要昭着高于豪侈和工控规模，因此车规认证成为了汽车IGBT模块市集的最伏击壁垒，一般来说，车规级IGBT需要2年傍边的车型导入周期。

汽车IGBT模块测试圭臬主要参照AEC-Q101和AQG-324，同期车企会证据我方的车型特质提倡相应的条款，主要测试方法包括：参数测试、ESD测试、绝缘耐压、机械振动、机械冲击、高温老化、低温老化、温度轮回、温度冲击、UHAST（高温高湿无偏压）、HTRB（高温反偏）、HTGB（高温删偏）、H3TRB/HAST（高温高湿反偏）、功率轮回、可焊性。

其中功率轮回和温度轮回手脚代表的历久测试，条款极为严格，举例功率轮回次数可能从几万次到十万次不等。主要研究是测试键合线、焊合层等机械连气儿层的历久情况。测试时的失效机理主如果，芯片、键合线、DBC、焊料等的热延迟扫数不一致，导致键合线零散、断裂，芯片焊层区别，以及焊料老化等。

03

中国汽车

IGBT市集情况

跟着国内新能源汽车产业的快速发展，产业链上游大有迟缓完成国产替代，以致引颈寰球的趋势，诸如整车品牌、能源电板、电板材料等等照旧走得相比靠前。而汽车电控IGBT模块是新能源汽车最中枢的功率器件亚博棋牌官网，之前一直被诸如英飞凌、安森好意思、赛米控、三菱电机等国际供应商把持，但跟着比亚迪半导体、斯达半导、中车期间、士兰微、翠展微等国内供应商的崛起，现在在一定进度上照旧大略称心国产需求，深信在不久的翌日，国内汽车半导体企业会更大更强！