由于能源成本的上升，混合電力傳動系統(tǒng)在汽車應(yīng)用中變得越來越流行�；旌想娏鲃酉到y(tǒng)把由大型電池組供電的三相交流電機作為內(nèi)燃機的動力補充。逆變器電路用于將電池的直流電壓轉(zhuǎn)換為適于驅(qū)動電機的更高的交流電壓，而其中的絕緣柵雙極晶體管（IGBT）則是一個關(guān)鍵器件。
混合動力傳動系統(tǒng)中的大型電池組、電機、以及相關(guān)的機械組件占用了大量的空間。為了在這些一般比較緊湊的車輛中減少對乘坐艙的侵占，包括IGBT在內(nèi)的電子系統(tǒng)通常非�？拷l(fā)熱量大的熱源。并且所有的大功率IGBT都會在正常工作過程中產(chǎn)生大量的熱量。另一方面，混合動力汽車應(yīng)用具有在其他應(yīng)用中一般不會遇到的極端環(huán)境溫度。汽車生產(chǎn)商必須預(yù)料到他們的車輛可能會工作在低于-40℃到高于55℃（131℉）的環(huán)境溫度中。另外，IGBT還可能位于環(huán)境溫度高達(dá)125℃（257℉）的引擎艙中。
混合動力汽車應(yīng)用中的IGBT將不得不承受從環(huán)境溫度到工作溫度再回到環(huán)境溫度的數(shù)千次溫度循環(huán)。在這些溫度循環(huán)過程中，組成IGBT的各種不同材料會經(jīng)受不同比率的膨脹和收縮。這使IGBT內(nèi)不同材料的電路層之間的焊點產(chǎn)生了可能導(dǎo)致焊接斷裂的應(yīng)力。
焊接斷裂
焊接斷裂降低了IGBT的電氣和熱傳導(dǎo)能力并且可能會造成故障。生產(chǎn)商已經(jīng)開始采用更先進(jìn)的材料來將造成焊接斷裂的膨脹率和收縮率的差異減到最小。在混合動力汽車應(yīng)用中，可以采用AlN基板與Al-SiC基板的組合而不是采用一般用于工業(yè)應(yīng)用中的價格稍低的AlO基板和銅基板。IGBT生產(chǎn)商也改進(jìn)了焊接流程以便確保更薄、更均勻的焊接層。這提高了器件對造成焊接斷裂的應(yīng)力的承受能力，即便在焊接層最薄的地方也能承受最大的熱應(yīng)力。
IGBT生產(chǎn)商也發(fā)明了許多方法來降低焊接斷裂形成后帶來的影響，以便確保在車輛使用壽命期間IGBT的可靠工作。其中一種方法是使用幾個較小的并行內(nèi)核而不是采用一個較大的內(nèi)核。當(dāng)使用較大的內(nèi)核時，其中心和邊緣的溫度差異較大。這導(dǎo)致內(nèi)核和基板之間的焊點產(chǎn)生額外的應(yīng)力。
較小內(nèi)核的中心和邊緣溫度差異相應(yīng)較小，因而使得與基板連接點的應(yīng)力減到最小。另外，使用多個較小的內(nèi)核能夠讓IGBT生產(chǎn)商通過增大內(nèi)核間的距離來優(yōu)化器件的熱量分布。采用多個內(nèi)核代替單個內(nèi)核所帶來的靈活性讓生產(chǎn)商可以借助這種發(fā)生焊接斷裂導(dǎo)致溫度上升的可能性最小的方法來確定內(nèi)核的位置。通過采用這些和其他的方法，IGBT生產(chǎn)商就能夠生產(chǎn)出可以承受今天的混合動力汽車中極端溫度循環(huán)條件的器件了。
總結(jié)
在未來，混合動力汽車將憑借諸如鋰電池組和更高效的電機等新型技術(shù)來提供更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。IGBT生產(chǎn)商也正在通過制造更小的、更強大的并且能夠滿足未來混合動力汽車要求的器件而做出他們的貢獻(xiàn)。 |
