加大对电动汽车电力电子

加速电力设备用于电动车(电动汽车)是具有挑战性的芯片制造商充分屏幕权力这些车辆的ICs。[1]

虽然进展自主驾驶引起公众的注意,交通系统的电气化是平静地进步。对于汽车行业来说,这种转变涉及的电子元件。其中有复杂的混合信号模块,电池管理系统(BMS)的支持,和权力ICs管理充电站之间的电压变化,电池,马达驱动器,辅助电池,和制动系统。

功率集成电路传统上是基于硅技术功率场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。[2]最近,碳化硅(原文如此),氮化镓(甘)基础ICs一直在商业进军这些系统。这些技术提供了较高的击穿电压,增加流动性,需要更少的热管理。

然而,制造过程仍然具有挑战性由于基晶片之间的晶格失配和外延层生长。晶体缺陷可能会影响设备的功能。此外,小晶片大小(150毫米)和圆片脆弱导致高成本。这促使工程师检查晶片之前屏幕设备和提供反馈关键过程的步骤。此外,高电压和电流构成测试处理问题。

芯片行业正在努力解决这些问题,因为汽车行业是一个重要的和不断增长的IC市场增长。

”增长的三个主要领域是汽车、计算和数据存储、无线,”杰里被说,总统和先进的探测系统的技术总监。“尽管汽车可能是最小的行业,显然认为是增长最快的。这种增长是推动(而不是推动),所有主要的汽车制造商正在迅速过渡到部分或全部电动汽车时代。我见过几个市场预测,汽车半导体器件将占超过15%的全球需求在未来5到10年。”

Yole最近的一份报告称,市场力量SiC设备预计将在2026年达到30亿美元,与汽车市场占三分之二。

“我们看到一个巨大的转变在车辆的电气化,新兴的生态系统在先进的电池管理,开火车和充电站。碳化硅设备和先进的测量电池管理是一些最有趣的领域,我们在创新的浪潮,“总裁里克·伯恩斯指出半导体测试Teradyne。“每个人都看着今天的电动汽车就像燃烧的斯坦利轮船时代。它们完全可用但有问题范围内,体重,回收等等。”

重大转变的技术检验和测试需求的变化,。

“产业推动改善测试最终是由阶跃函数改善产品经济和/或产品的能力。在汽车的情况下,需要一种经济的解决方案和增强产品功能是必需的,因为半导体爆炸的汽车和路线图中的内容要启用软件定义,自动驾驶和电气化产品营销高级总监Marc Hutner说proteanTecs。“因此,我们看到解决方案提供商寻求技术除了传统阿拉伯学者理解其他签名,如设备老化,软件压力,当地的变化和其他操作参数。”

高电压和大电流的挑战
主要原因从硅功率集成电路的高电压公差是碳化硅和氮化镓。高电压大电流,并支持他们的测试环境是不平凡的,因为范围、分辨率,和安全。

“新应用有独特的生产测试的挑战,“说Vineet Pancholi测试技术的高级主管安靠。”例如,电动汽车电源开关由控制碳化硅和氮化镓允许更高的电压和电流。测试仪器来测试瞬态响应电压2000 v和电流的800年到1000年,经济测试时间和并行性,是独一无二的。”

权力的电压/电流范围和分辨率ICs礼物吃供应商以非凡的挑战。电压在400到10000伏特的范围,然而,决议要求非常小。

“今天,我们谈论的毫伏决议。我们已经看到至少一个或两个数量级,“说Teradyne烧伤。“除非电池技术有一个根本性的转变,这很快就会变得微伏决议。”

现在是另一个轴。“这是很有趣的极端,”伯恩斯说。”对于任何给定的电池,目前水平相对较小,我们看电流测量精度高,微安。但在光谱的另一端是充电电路连接到它,这可能是试图在很高的电压。我把它叫做1000伏和1000 - amp的问题。动态范围使测试挑战。我们已经能够测试大型先进的数字数据中心设备,消耗1000安培,但他们不要试图做的同时测量微安分辨率。和电动汽车的宽动态范围的创建新测试的挑战。商业上可行的产品你需要有一定的能力摆动在这个范围的工具。制造BMS设备和动力传动系统设备的公司想要测试的解决方案有一些灵活性操作在所有这些角落。”

准备测试设备供应商一直在投资预期的上升力量ICs的体积。

副总裁Keith肖布技术和策略美国效果显著评论最近的收购:“克雷亚,现在美国显著的子公司,专门从事电力半导体测试,和他们建立专门的设备来测量这些设备,因为他们的测试挑战是独一无二的。两个主要的独一无二的东西是非常高的电压和电流。所以,你说成千上万伏和成百上千的安培和热的挑战,需要专门的硬件,克雷亚发明了很多必要的技术。当你开车那么多,你必须熟练地管理极端的大量的热量。”

有电气安全隐患。

“有许多特定的对大功率集成电路测试的挑战。由于所需的大电流测试你可以杀死测试仪,探针卡,或相邻设备短路时的设备,”CEO Dieter Rathei说博士产量。“因此,测试过程需要应用电流小心。”

其他人同意的危险,需要管理。”一位工程师最近向我展示了一幅他们测试晶片上,出现问题的时候,有welding-like火花飞从测试细胞,”他说。“我们必须把这环境移动到量产阶段。碳化硅(SiC)市场在2022年约为1.2美元,预计到2030年将达到约14.4美元。传统的利基,但随着电动汽车行业的爆炸式增长,面临的挑战将是大量的技术。”

筛查的缺陷
CMOS soc相比,功率集成电路包含少量的设备屏幕上的瑕疵。虽然测试模拟性能可以筛选掉有缺陷的零件,筛选开始检查在裸晶圆级,因为晶体生长和外延过程中发生混乱。拦截这些处理步骤提供了过程的反馈和检查后晶片晶片质量。

化合物半导体碳化硅和氮化镓是昂贵的制造,他们本质上是脆弱的。结果在非典型晶片处理。

“在数据分析方面,不管是否的化合物半导体材料或纯硅,我们只是处理测试数据,“产量的Rathei博士说。“不过,也有一些独特的挑战。例如,这些化合物半导体材料是如此昂贵,也如此脆弱,我们的一个客户加工晶圆即使他们打破。你永远不会做一个CMOS工厂。这是一个挑战在工具层面,因为必须持有一半或四分之一的晶片。它也带来了一些数据分析面临的挑战,因为在你只有一小部分功能测试的晶圆片测试。”

缺陷的另一个方面是,一些水晶/外延缺陷可能是良性的。确定哪些不重要提高产量,但这是复杂的。

“这些设备并不建立在单晶的结构。你开始贬低电路之前,已经有很多缺陷在晶体结构中,“业务发展总监戴夫·亨特利说PDF的解决方案。“问题就变成了,哪些缺陷会影响最终产品?“这些都是在晶片。你不能排除每一个缺陷。你必须决定哪些问题。但是为了知道发生了什么事,首先需要检查他们,建立你的设备和测试来确定这个设备实际上是好。”

这样的调查正在进行中。亨特利描述了当前项目的组装模块由36 SiC设备。“我们正在测试模块的各个部分,而不是整个模块,”他说。“具体来说,我们可以测试该模块中的各个组件在最后的测试。上游,我们收集缺陷信息的原始碳化硅晶片,我们描述与机器学习识别缺陷类别。结合这两个数据源我们正在寻找相关性来确定哪些类别实际上影响最终的测试结果。没有人真正知道这缺陷是致命的缺陷。我们试图发现使用检验、缺陷管理系统,机器学习,最终的测试结果。”

结论
电动汽车需要一套不同的半导体技术,包括汽车级ICs电池管理和传动系控制,ICs和soc充电站管理沿着道路和高速公路。筛选CMOS soc在高卷并不是什么新鲜事。预期的斜坡的电动汽车功率集成电路,由碳化硅和氮化镓的特定构成重要的检验和测试的挑战。

检测缺陷由于晶格混乱需要检验,以及测试系统能够支持广泛的电压和电流。今天的测试解决方案已经可控的由于低产品体积。但改变,支持高卷工程师必须创新系统解决方案来平衡高电压,电流,和热的影响,同时减少测试成本。

引用

1。维基百科,电动汽车的定义,2023年6月1日通过。https://en.wikipedia.org/wiki/Electric车辆
2。半导体工程、“电力半导体”的电子书,https://新利体育下载注册www.es-frst.com/product/power -半决赛3 - 2023 ebook/

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