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功率器件用于新能源汽车中的要求

摘要：本文从新能源汽车使用功率器件的市场现状及发展前景，结合使用环

境的特殊性，分析讲述了汽车级功率器件要具有更好的性能、更强的温度适应能

力和抗干扰能力，就必须要从设计、选材、生产工艺、测试等方面进行考虑与严

格控制，甚至对设备、人员、管理等也要有严格的要求，确保产品制造过程及每

个环节都是稳定、可靠的，最终按汽车电子委员会制定的标准AEC-Q101的要求

进行认证，成功通过测试后，便认为符合汽车使用要求，并可进入新能源汽车产

业链。

关键词：新能源汽车汽车级功率器件AEC-Q101

0引言

随着全球经济发展，汽车产销量的日益增长，随之而来的环境污染、燃油紧

缺问题也日趋严重，目前全球的二氧化碳排放中25%来源于汽车，而这也成为我

国城市大气污染的主要因素，而新能源汽车在能源来源、尾气排放等方面具有明

显优势，因此发展新能源汽车已成为迫切需求，是汽车业发展、实现节能减排、

可持续发展的必然战略措施。2012年国务院出台《节能与新能源汽车产业发展规

划（2012―2020年）》，提出了新能源汽车行业具体的产业化目标：到2015年，

纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力争达到50万辆；到2020年，纯

电动汽车和插电式合动力汽车生产能力达200万辆、累计产销量超过500万辆。

在新能源汽车中，功率半导体大概占到半导体用量的50%，例如电动汽车控

制系统、车载空调控制系统、逆变器和DC-DC转化器、充电桩等方面,产品类型

包括二极管、硅基MOSFET、以及在Si基础上发展的IGBT、第三代半导体功率器

件SiC、GaN等。随着需求的增长以及可观的市场前景，各个厂家大力发展汽车

级产品，那么什么样的功率器件才能供给新能源汽车客户？和消费级、工业级产

品又有什么区别呢？本文从设计、材料、生产工艺、测试及可靠性认证等方面来

予以说明。

1汽车级功率器件与消费级、工业级器件的区别及要求

汽车级功率器件和消费级、工业级产品主要的区别在于工作温度范围，一般

消费级工作温度范围是0︒C~70︒C，工业级工作温度范围是-45︒C~85︒C，而汽

车级是-40︒C~125︒C；其次汽车级功率器件比工业级要有着更好的性能、更强

的温度适应能力和抗干扰能力；最后汽车级器件要有更加严格的质量管控、要求

更高的稳定性、可靠性及更长的寿命。

生产汽车级功率器件的前提，是企业要通过IATF16949汽车行业管理体系审

核，并严格按照要求进行生产过程管理，要有详细完整的数据和文件，确保器件

的质量。

2汽车级功率器件从设计到成品的要求

当决定要做汽车级功率器件时，那么上到研发设计、晶圆制造，下到封装工

艺、质量检验、测试能力都需要进行考量与评估，甚至对于生产设备状态，操作

人员能力也要予以考虑。

首先从设计与选材方面来讲，消费级器件设计寿命是3-5年，而汽车级器件

的设计寿命是至少15年，那么相应的就需要选用更优质的产品架构及芯片源胞

结构；器件生产过程中用到的主要材料有晶圆、引线框架、焊料或银胶，键合线

以及塑封料，考虑到汽车级器件的高要求，就要选用更优质的材料、更先进可靠

的封装工艺和技术流程。也有厂家是将表现好的工业级产品转产为汽车级产品，

而前提是芯片技术成熟，工艺稳定，数据一致性、可靠性良好。

其次从生产工艺及测试方面来讲，其实功率器件的来料质量检查、生产流程、

测试参数、方法都是一样的，生产流程都是DieSawDieattach—Wirebond-

--MoldTrimFormTest,但是由于汽车级器件要有更高的温度适应能力、

产品一致性及可靠性等要求，而这些主要体现在制造过程的每道工序的质量管控

及检验流程，例如Wirebond之后必须进行拉力剪力测试以及去掉wire观察打

线位置是否存在异常，在监控制程能力的同时确保该工序的质量；在Mold和

Trim工序之后进行C-SAM超声波扫描，观察芯片是否完好、塑封料内部是否存在

空洞及分层，并100%目检，看是否存在漏铜、塑封体开裂、毛刺等外观异常情况。

以某工厂TO247封装的MOSFET汽车产品在TrimForm工序后的C-SAM检查

为例：

DieAttach

T-Post

从上图可看出，1#产品的芯片和塑封料之间存在少许分层，其它产品芯片表

面、T-post都是正常的，这是不能通过的，那么就需要查找分析分层的原因并改

善，避免后续认证失败或者在客户端失