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新能源汽车核心部件—从零了解电控IGBT模块--3

 

3、IGBT模块究竟如何工作?在电控模块中,IGBT模块是逆变器的最核心部件,总结其工作原理:
通过非通即断的半导体特性,不考虑过渡过程和寄生效应,我们将单个IGBT芯片看做一个理想的开关。我们在模块内部搭建起若干个IGBT芯片单元的并串联结构,当直流电通过模块时,通过不同开关组合的快速开断,来改变电流的流出方向和频率,从而输出得到我们想要的交流电。

图:IGBT逆变原理

*IGBT模块结构和汽车IGBT模块应用:上面提到了IGBT模块在电驱系统中的作用,下面我们展开来具体看看IGBT模块的结构。

4、IGBT模块实物长啥样?
1)IGBT模块的标准封装形式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)。可以看到模块外面还有非常多的端子和引脚,各自有自己的作用:
2)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是发射极信号端子;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
5、IGBT的基础拓扑结构是怎样的?

                            图:IGBT模块基础电路拓扑结构
1)如上图所示,在IGBT模块/单管中,一般统称一单元是IGBT单管,二单元是单个桥臂(半桥),四单元是H桥(单相桥),六单元是三相桥(全桥),七单元一般是六单元+一个制动单元,八单元一般是六单元+制动单元+预充电单元。
2)一个单元由1对、2对或3对FRD+IGBT组成。其中1对,可以是1个FRD+1个IGBT,也可以是1个FRD+2个IGBT等。
3)具体实物可参照下图,这是一个6单元的IGBT模块。

                         图:英飞凌Primepack IGBT模块
6、IGBT模块的生产流程?

                        图:IGBT 标准封装结构横切面
1)如上图所示,可以看到IGBT模块横切面的界面,目前壳封工艺的模块基本结构都相差不大。

2)IGBT模块封装的流程大致如下:贴片→真空回流焊接→超声波清洗→X-ray缺陷检测→引线键合→静态测试→二次焊接→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,首先将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起到导电和电气隔离等作用,常用的陶瓷绝缘材料为氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN);真空焊接,贴片后通过真空焊接将die与DBC固定,一般焊料是锡片或锡膏;X-ray空洞检测,需要检测在敢接过程中出现的气泡情况,即空洞,空洞的存在将会严重影响器件的热阻和散热效率,以致出现过温、烧坏、爆炸等问题。一般汽车IGBT模块要求空洞率低于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观检测、静态测试,过程中有问题的模块直接报废;重复以上工序将DBC焊接和键合到铜底板上,然后是灌胶、封壳、激光打码等工序;出厂前会做最后的功能测试,包括电气性能的动态测试、绝缘测试、反偏测试等等。

 

发布时间:2024/5/8 7:40:50 查看:90次

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