Le laboratoire de semi-conducteurs de puissance d'Infineon remporte un double succès - Un débit plus élevé et une précision ultra-élevée avec B

Présentation : Le coûteux goulot d'étranglement qui affecte les laboratoires de semi-conducteurs de puissance

Les tests de cyclage de puissance sont incontournables pour les onduleurs de véhicules électriques, les convertisseurs éoliens, les entraînements ferroviaires et les modules d'énergie solaire. Mais voici la dure vérité : les bancs d'essai de cyclage de puissance représentent la plus grosse dépense en capital unique au pôle d'innovation d'Infineon à Warstein, en Allemagne.

Chaque module de puissance (couvrant des courants allant de plusieurs ampères jusqu'à 3 000 A) doit d'abord subir une calibration de la caractéristique de température TC. Cette courbe détermine la température de jonction, la mesure clé de tous les tests de fiabilité. Il y a quelques années, Infineon dépendait de bancs de calibration entièrement manuels, et les points problématiques se sont accumulés rapidement :

• Plus d'une heure de configuration manuelle par lot d'essai

• Risque d'erreur humaine lors de l'enregistrement de la tension/du courant

• Aucun fonctionnement sans surveillance pendant la nuit

• Refroidissement lent du four retardant les essais suivants

L'équipe du laboratoire savait qu'elle avait besoin d'une refonte complète de l'automatisation, et la pile de contrôle basée sur un PC ouvert de Beckhoff est devenue leur solution révolutionnaire.

Le banc d'essai automatisé : comment TwinCAT + EtherCAT ont repoussé les limites de précision

1. Cœur de mesure haute résolution : les terminaux EtherCAT ELM3xxx

Le composant matériel phare ici est le terminal de mesure EtherCAT ELM3102-0100, doté d'une résolution de 24 bits et d'une précision de mesure de 0,01 %. Lors de l'étalonnage, jusqu'à 32 modules de puissance sont placés dans des fours à température contrôlée régulés via TCP/IP + TwinCAT. Une fois l'équilibre thermique atteint, le terminal capture les tensions de contact des modules avec une cohérence inégalée — les données de référence d'étalonnage correspondent aux valeurs de la norme de référence jusqu'à six décimales.

2. Contrôle de courant flexible pour tous les types de modules

Les terminaux de commande LED Beckhoff EL2596 fournissent un courant de mesure réglable de 10 mA à 500 mA, associés aux terminaux d'alimentation EL9560 pour l'isolement des canaux.

• Ajustement fin de la précision : ±0,1 mA via des résistances de dérivation

• Compatibilité native avec des modules spéciaux à faible courant nécessitant seulement 1 mA d'entrée

• Fonctionne de manière transparente avec les diodes, les IGBT et les MOSFET SiC sans nécessiter de reconfiguration longue

3. Synergie transparente TwinCAT ↔ LabVIEW

L'ensemble du système fonctionne sur des contrôleurs embarqués CX5140, avec deux environnements d'exécution parallèles :

1. TwinCAT 3 gère le four en temps réel, les E/S et le contrôle du courant

2. LabVIEW Runtime pour la visualisation des données, le calcul des courbes et les opérations de laboratoire

L'interface TF3710 TwinCAT 3 pour LabVIEW agit comme un pont de données bidirectionnel. Les ingénieurs conservent leur flux de travail LabVIEW habituel tout en accédant à tous les signaux temps réel EtherCAT haute vitesse de TwinCAT — sans compromis ni sur la commodité du logiciel de laboratoire ni sur les performances de contrôle industriel.

Bénéfices concrets pour le laboratoire : Des chiffres parlants

Après le déploiement complet, le laboratoire de test de Warstein d'Infineon a connu des améliorations opérationnelles transformantes :✅ 1 heure économisée sur la configuration manuelle par cycle de test✅ Doublement du débit de test quotidien : 2 lots complets au lieu de 1✅ Les tests sans surveillance pendant la nuit réduisent considérablement le temps d'inactivité des équipements✅ L'actionnement de la porte du four contrôlé par TwinCAT accélère le refroidissement, accélérant le renouvellement des lots✅ Augmentation significative de l'OEE (Efficacité Globale des Equipements) pour le matériel de test coûteux

Pour un laboratoire qui agit comme un fournisseur de services internes aux équipes de R&D, un débit plus rapide signifie respecter les délais serrés de livraison de prototypes sans sacrifier la précision des tests.

Personnalisation collaborative et expansion future

Ce projet n'était pas simplement un déploiement de matériel prêt à l'emploi — une étroite collaboration entre Infineon et Beckhoff a permis des améliorations personnalisées de performance. Même une augmentation de 10 fois de la précision de contrôle a été mise en œuvre via des mises à jour standard du firmware, évitant ainsi des coûteuses révisions de matériel personnalisé. L'armoire de contrôle complète a passé la certification CE obligatoire, une exigence essentielle pour les fournisseurs de semi-conducteurs de qualité automobile.

La feuille de route de mise à niveau est déjà définie :

1. Tirer automatiquement les données de la courbe TC d'une base de données centrale via l'ID du module, éliminant la récupération manuelle de données à partir des bancs de cyclage de puissance

2. Déployer deux autres bancs d'essai automatisés identiques (chaque banc supportant 24 modules simultanément), l'un étant installé à l'usine de production hongroise d'Infineon

Conclusion : Pourquoi le contrôle basé sur PC domine les laboratoires de test de semi-conducteurs

Les tests de fiabilité des semi-conducteurs exigent deux priorités conflictuelles : la flexibilité du logiciel de laboratoire et un contrôle en temps réel ultra-stable et de haute précision. Les systèmes PLC fermés traditionnels ont du mal à équilibrer les deux.

L'architecture PC ouverte de Beckhoff, l'E/S à haute résolution EtherCAT et l'intégration TwinCAT-LabVIEW éliminent ce compromis. Pour Infineon, la mise à niveau a permis des bondes en productivité du laboratoire et une précision d'étalonnage de premier ordre - un modèle pour les laboratoires de test de semi-conducteurs de puissance à l'échelle mondiale pour la validation des composants des véhicules électriques et des énergies renouvelables.