由于能源成本的上升，混合電力傳動(dòng)系統在汽車(chē)應用中變得越來(lái)越流行�；旌想娏鲃�(dòng)系統把由大型電池組供電的三相交流電機作為內燃機的動(dòng)力補充。逆變器電路用于將電池的直流電壓轉換為適于驅動(dòng)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(gè)關(guān)鍵器件。
混合動(dòng)力傳動(dòng)系統中的大型電池組、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(chē)輛中減少對乘坐艙的侵占，包括IGBT在內的電子系統通常非�？拷l(fā)熱量大的熱源。并且所有的大功率IGBT都會(huì )在正常工作過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱量。另一方面，混合動(dòng)力汽車(chē)應用具有在其他應用中一般不會(huì )遇到的極端環(huán)境溫度。汽車(chē)生產(chǎn)商必須預料到他們的車(chē)輛可能會(huì )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125℃（257℉）的引擎艙中。
混合動(dòng)力汽車(chē)應用中的IGBT將不得不承受從環(huán)境溫度到工作溫度再回到環(huán)境溫度的數千次溫度循環(huán)。在這些溫度循環(huán)過(guò)程中，組成IGBT的各種不同材料會(huì )經(jīng)受不同比率的膨脹和收縮。這使IGBT內不同材料的電路層之間的焊點(diǎn)產(chǎn)生了可能導致焊接斷裂的應力。
焊接斷裂
焊接斷裂降低了IGBT的電氣和熱傳導能力并且可能會(huì )造成故障。生產(chǎn)商已經(jīng)開(kāi)始采用更先進(jìn)的材料來(lái)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(dòng)力汽車(chē)應用中，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)應用中的價(jià)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力。
IGBT生產(chǎn)商也發(fā)明了許多方法來(lái)降低焊接斷裂形成后帶來(lái)的影響，以便確保在車(chē)輛使用壽命期間IGBT的可靠工作。其中一種方法是使用幾個(gè)較小的并行內核而不是采用一個(gè)較大的內核。當使用較大的內核時(shí)，其中心和邊緣的溫度差異較大。這導致內核和基板之間的焊點(diǎn)產(chǎn)生額外的應力。
較小內核的中心和邊緣溫度差異相應較小，因而使得與基板連接點(diǎn)的應力減到最小。另外，使用多個(gè)較小的內核能夠讓IGBT生產(chǎn)商通過(guò)增大內核間的距離來(lái)優(yōu)化器件的熱量分布。采用多個(gè)內核代替單個(gè)內核所帶來(lái)的靈活性讓生產(chǎn)商可以借助這種發(fā)生焊接斷裂導致溫度上升的可能性最小的方法來(lái)確定內核的位置。通過(guò)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(dòng)力汽車(chē)中極端溫度循環(huán)條件的器件了。
總結
在未來(lái)，混合動(dòng)力汽車(chē)將憑借諸如鋰電池組和更高效的電機等新型技術(shù)來(lái)提供更好的燃油經(jīng)濟性。IGBT生產(chǎn)商也正在通過(guò)制造更小的、更強大的并且能夠滿(mǎn)足未來(lái)混合動(dòng)力汽車(chē)要求的器件而做出他們的貢獻。 |
