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由于能源成本的上升，混合電力傳動系統在汽車應用中變得越來越流行。混合電力傳動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）則是一個關鍵器件。 混合動力傳動系統中的大型電池組、電機、以及相關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在內的電子系統通常非常靠近發熱量大的熱源。并且所有的大功率IGBT都會在正常工作過程中產生大量的熱量。另一方面，混合動力汽車應用具有在其他應用中一般不會遇到的極端環境溫度。汽車生產商必須預料到他們的車輛可能會工作在低于-40℃到高于55℃（131℉）的環境溫度中。另外，IGBT還可能位于環境溫度高達125℃（257℉）的引擎艙中。 混合動力汽車應用中的IGBT將不得不承受從環境溫度到工作溫度再回到環境溫度的數千次溫度循環。在這些溫度循環過程中，組成IGBT的各種不同材料會經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產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造成故障。生產商已經開始采用更先進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應用中的價格稍低的AlO基板和銅基板。IGBT生產商也改進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生產商也發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核而不是采用一個較大的內核。當使用較大的內核時，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產生額外的應力。 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的應力減到最小。另外，使用多個較小的內核能夠讓IGBT生產商通過增大內核間的距離來優化器件的熱量分布。采用多個內核代替單個內核所帶來的靈活性讓生產商可以借助這種發生焊接斷裂導致溫度上升的可能性最小的方法來確定內核的位置。通過采用這些和其他的方法，IGBT生產商就能夠生產出可以承受今天的混合動力汽車中極端溫度循環條件的器件了。 總結 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來提供更好的燃油經濟性。IGBT生產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。 作者：Evan Okerblom，e絡盟技術支持團隊 |
