Uporabniški priročnik za module onsemi SiC E1B

Uporabniški priročnik za module onsemi SiC E1B

Področje uporabe

Onsemi je pionir pri uvedbi SiC JFET-ov v cascode konfiguraciji z združljivostjo pogona vrat s Si MOSFET-i, IGBT-ji in SiC MOSFET-i, ki temeljijo na pragu 5 V.tagin širokim delovnim območjem vrat ±25 V.

Te naprave so same po sebi zelo hitro preklopne in imajo odlične karakteristike diod. Onsemi je združil prednost ...tagEnostavna napajalna naprava na osnovi SiC JFET z industrijskim standardnim ohišjem napajalnega modula E1B za nadaljnje izboljšanje gostote moči, učinkovitosti, stroškovne učinkovitosti in enostavnosti uporabe v industrijskih napajalnih sistemih.

Ta navodila za uporabo predstavljajo smernice za montažo (tiskana plošča in hladilnik) za najnovejše pakete napajalnih modulov E1B podjetja Onsemi (polmostni in polni mostni).

POMEMBNO: Zaradi njihove inherentne hitre preklopne hitrosti so za module SiC E1B zelo priporočljivi dušilci napetosti. Dušilec napetosti tudi močno zmanjša izgube pri izklopu, zaradi česar so moduli SiC E1B izjemno privlačni v ZVS (ničelna napetost).tag(npr. vklop) aplikacije z mehkim preklopom, kot so fazno premaknjeni polni most (PSFB), LLC itd.

Ta izdelek je priporočljiv za uporabo s spajkalnimi pritrdilnimi materiali in materiali za fazno spreminjanje toplotnega vmesnika ter ni priporočljiv za implementacije s stiskanjem in nanašanjem termalne masti. Za podrobne informacije glejte smernice za montažo in uporabniški priročnik, ki je priložen temu izdelku.

Ta opomba o uporabi vsebuje tudi povezave do virov za simulacijske modele, smernice za montažo, toplotne značilnosti, zanesljivost in kvalifikacijsko dokumentacijo.

Viri in reference

1. Tehnični pregled modulov SiC E1Bview
2. Navodila za montažo modulov SiC E1B
3. Uporabniški priročnik za SiC Cascode JFET in modul
4. Uporabniški priročnik za module SiC E1B DPT EVB
5. Povezava do modula onsemi SiC: SiC moduli
6. Simulator moči EliteSiC
7. onsemi Centralno vozlišče za rešitve SiC za napajanje
8. Izvor SiC JFET-ov in njihov razvoj proti popolnemu stikalu

Informacije o modulu E1B

Glavni vzrok za okvaro polprevodniških modulov moči je nepravilna montaža. Slaba montaža bo povzročila povišano ali previsoko temperaturo spoja, kar bo znatno omejilo življenjsko dobo modula. Zato je pravilna namestitev modula ključnega pomena za doseganje zanesljivega prenosa toplote od spoja SiC naprave do hladilnega kanala.

Moduli E1B so zasnovani tako, da se jih spajka na tiskano vezje (PCB) in pritrdi na hladilno telo s predhodno sestavljenimi vijaki in podložkami, kot je prikazano na Slika 1 in Slika 2Obsežnejše informacije o dimenzijah in tolerancah za načrtovanje strojne opreme za te sisteme najdete v podatkovnih listih modulov.

Slika 1. Lokacija vijaka za pritrditev modula (zgoraj View)

AND90340/D

Slika 2. Montaža modula s tiskanim vezjem in hladilnikom (razstavljena montaža) View)

Priporočeno zaporedje montaže

Za boljšo toplotno učinkovitost in življenjsko dobo modula SiC E1B onsemi priporoča naslednje zaporedje montaže:

1. Spajkajte pin modula na tiskano vezje (PCB)
2. Namestite tiskano vezje na modul
3. Namestite modul na hladilnik

Z vnaprej sestavljenim vijakom (kombinirajte vijak, podložko in vzmetno podložko) pritrdite modul na hladilnik z omejenim navorom. Upoštevati je treba, da je treba velikost in površino hladilnika upoštevati med celotnim postopkom spajkanja, saj je pravilen prenos toplote med zadnjo stranjo modula in vmesnikom hladilnika ključnega pomena za celotno delovanje ohišja v sistemu (glej sliko 2).

1. Spajajte modulni pin na tiskano vezje
   Spajkalne nožice, uporabljene na modulu E1B, je preveril in kvalificiral onsemi za standardne tiskane vezja FR4.
   Če tiskano vezje zahteva postopek spajkanja s ponovnim spajkanjem za druge komponente, je priporočljivo, da tiskano vezje pred namestitvijo modula ponovno spajkate, da se izognete izpostavljenosti visokim temperaturam.

Tipičen strokovnjak za valovno spajkanjefile je prikazano na sliki 4 in v tabeli 1.
Če se pri izdelavi tiskanih vezij uporabljajo druge tehnike ravnanja, so potrebna dodatna testiranja, pregledi in certificiranje.

Zahteva za tiskana vezja
FR4 tiskano vezje z največjo debelino 2 mm.
Za preverjanje, ali material tiskanega vezja izpolnjuje standardne zahteve, glejte standard IEC 61249−2−7:2002.
Uporabnik mora določiti optimalne prevodne plasti za pravilno načrtovanje plasti zlaganja tiskanih vezij, vendar mora zagotoviti, da večplastne tiskane vezije ustrezajo standardu IEC 60249-2-11 ali IEC 60249-2-1.
Če stranka upošteva dvostranske tiskane vezje, se sklicevajte na standard IEC 60249-2-4 ali IEC 60249-2-5.

Zahteva za spajkalni zatič
Ključni dejavnik za doseganje spajkanih spojev z visoko zanesljivostjo je zasnova tiskanega vezja.
Premeri galvaniziranih skoznjih lukenj na tiskanem vezju morajo biti izdelani v skladu z dimenzijo spajkalnega zatiča. (glej sliko 3).

AND90340
Če zasnova luknje na tiskanem vezju ni pravilna, lahko pride do morebitnih težav.
Če je končni premer luknje premajhen, morda ne bo pravilno vstavljena, kar bo povzročilo zlom nožic in poškodbo tiskanega vezja.
Če je končni premer luknje prevelik, po spajkanju morda ne bo dosežena dobra mehanska in električna zmogljivost. Kakovost spajkanja mora biti v skladu z IPC-A-610.
Priporočeni parametri za temperaturo procesa valovnega spajkanjafileTemeljijo na standardih IPC-7530, IPC-9502 in IEC 61760-1:2006.

Slika 3. Montaža modula na tiskano vezje pred montažo na hladilnik

Slika 4. Tipični Valovni Spajkalni Profile (Referenca EN EN 61760-1:2006)

Tabela 1. TIPIČNO VALNO SPAJANJE PROFILE (Referenca EN EN 61760-1:2006)

Montaža tiskanega vezja na modul

Ko je tiskano vezje (PCB) spajkano neposredno na vrh modula, so mehanske napetosti prisotne zlasti na spajkanem spoju. Za zmanjšanje teh napetosti lahko uporabite dodaten vijak za pritrditev tiskanega vezja v štiri distančnike modula. glej sliko 5.
Moduli so združljivi s samoreznimi vijaki (M2.5 x L (mm)), odvisno od debeline tiskanega vezja.

Dolžina navoja, ki vstopa v distančno luknjo, mora biti najmanj Lmin 4 mm in največ Lmax 8 mm. Za večjo natančnost je priporočljiva uporaba elektronsko krmiljenega izvijača ali električnega izvijača.


Slika 5. Montaža tiskanega vezja na modul E1B: (a) Montažna luknja za tiskano vezje E1B z distančnikom in (b) Največja globina vpetja navoja vijaka

Zahteva za montažo tiskanega vezja
Globina distančnih lukenj 1.5 mm služi le kot vodilo za vstop vijakov in ne sme uporabljati sile.

Ključni dejavnik je dovoljeni navor za postopek predhodnega zategovanja in zategovanja:

• Predhodno zategovanje = 0.2 ~ 0.3 Nm
• Zategovanje = največ 0.5 Nm

Slika 6. Montaža tiskanega vezja na modul E1B: Navpična poravnava samoreznega vijaka (a) Poravnano in (b) Neporavnano.

Montažni modul na hladilnik

Zahteva glede hladilnika
Stanje površine hladilnika je ključni dejavnik celotnega sistema za prenos toplote in mora biti v popolnem stiku s hladilnikom. Površina substrata modula in površina hladilnika morata biti pred montažo enakomerni, čisti in brez nečistoč. To preprečuje nastanek praznin, zmanjšuje toplotno impedanco in maksimizira količino energije, ki se lahko razprši znotraj modula, ter dosega ciljno toplotno upornost, navedeno v podatkovnem listu. Za doseganje dobre toplotne prevodnosti v skladu z DIN 4768−1 so potrebne lastnosti površine hladilnika.

• Hrapavost (Rz): ≤10 m
• Ploskost hladilnika na podlagi dolžine 100 mm: ≤50 m

Material toplotnega vmesnika (TIM)
Termični vmesni material, ki se uporablja med ohišjem modula in hladilnikom, je ključnega pomena za doseganje zanesljive in visokokakovostne toplotne učinkovitosti. Za modul brez osnovne plošče, kot je E1B, ni priporočljiva uporaba termalne masti ali termalne paste..
Brez debele bakrene osnovne plošče, ki služi kot razpršilnik toplote, učinek izčrpavanja termalne paste (zaradi toplotnega raztezanja in krčenja plasti TIM med ohišjem modula in hladilnikom med cikličnim vklopom in izklopom ali temperaturnim cikliranjem) poslabša nastajanje praznin v plasti TIM in ima znaten negativen vpliv na življenjsko dobo modula med cikličnim vklopom in izklopom.

Namesto tega Za module E1B je močno priporočljiv TIM z uporabo fazno spremenljivega materiala. Slika 7 prikazuje rezultate cikličnega vklopa in izklopa napajanja za 1200 V 100 A polmostni modul (UHB100SC12E1BC3N) z uporabo dveh različnih metod, termalne paste in fazno spremenljivega materiala. Vodoravna os prikazuje število ciklov. Navpična os prikazuje VDS naprave med dvigom temperature (Tj_rise) pri 100 °C. Rdeča krivulja prikazuje ciklično vklop/izklop s termalno pasto. Modra krivulja prikazuje ciklično vklop/izklop s fazno spremenljivim materialom. Rdeča krivulja lahko sega le do 12,000 ciklov, preden pride do toplotnega pobega zaradi degradacije toplotne upornosti zaradi učinka izčrpavanja termalne paste. Za isti modul E1B uporaba fazno spremenljivega materiala za hladilnik TIM znatno izboljša ciklično vklop/izklop napajanja nad 58,000 ciklov.

Slika 8 prikazuje pogoje in nastavitev preizkusa cikličnega vklapljanja in izklapljanja napajanja. Slika 7. Zmogljivost cikličnega vklapljanja modula E1B z različnim TIM za hladilnik: termalna pasta v primerjavi s fazno spremenljivim materialom

Slika 8. Preizkus cikličnega vklapljanja in izklapljanja modula E1B (a) Nastavitev in (b) Preskusni pogoji

Običajno je treba po mehanski montaži material za spremembo faze speči v pečici, da se omogoči, da TIM spremeni svojo fazo in tako dodatno zapolni mikroskopske praznine med ohišjem modula in hladilnikom ter zmanjša toplotni upor med ohišjem modula in hladilnikom. V zgornjem primeruampKot je prikazano na slikah 7 in 8, se toplotna upornost od stičišča naprave do vode po 0.52 uri pečenja pri 0.42 °C zmanjša z 1 °C/W na 65 °C/W. Za podrobna navodila se obrnite na dobavitelja TIM.

OPOMBA: Vsako drugo vrsto fazno spremenljivega materiala mora stranka dodatno oceniti in preizkusiti v skladu z navodili prodajalca fazno spremenljivega materiala (TIM), da se zagotovi optimalno delovanje.

Montažni modul na hladilnik
Postopek montaže je prav tako pomemben dejavnik za zagotavljanje učinkovitega stika modula in hladilnika s fazno spremenljivim materialom vmes. Upoštevajte, da se hladilnik in modul ne smeta dotikati po celotni površini, da se izognete lokalizirani ločitvi med obema komponentama. Tabela 2 povzema smernice za montažo hladilnika.

Tabela 2. PRIPOROČILA ZA MONTAŽO HLADILNIKA MODULA ONSEMI SiC E1B

Drugi vidiki montaže

Upoštevati je treba celoten sistem nameščenega modula. Če je modul pravilno pritrjen na hladilnik in tiskano vezje, bo dosežena splošna zmogljivost izdelka.
Sprejeti je treba tudi ustrezne ukrepe za zmanjšanje vibracij, saj je tiskano vezje spajkano samo na modul.
Izogibati se je treba šibko spajkanim priključkom. Posamezne nožice je mogoče obremeniti le pravokotno na hladilnik z največjim pritiskom, napetostjo, ustrezno razdaljo med tiskanim vezjem in hladilnikom pa je treba oceniti glede na aplikacijo stranke.

Za zmanjšanje mehanskih obremenitev tiskanega vezja in modula, zlasti kadar ima tiskano vezje težke komponente, je priporočljiva uporaba distančnih stebrov, glej sliko 9.

Slika 9. Montaža tiskanega vezja in hladilnika modula E1B s prostorskim stebričkom

Priporočena dimenzija (X) med distančnim stebričkom in robom montažne luknje za tiskano vezje je ≤ 50 mm.
Če je na isto tiskano vezje nameščenih več modulov, lahko višinska razlika med moduli povzroči mehanske obremenitve na spajkanem spoju. Za zmanjšanje obremenitve je priporočena višina (H) distančnih stebričkov 12.10 (±0.10) mm.

Zahteva glede zračnosti in leznih poti

Mehanski razmik sklopa med modulom in tiskanim vezjem mora ustrezati zahtevam standarda IEC 60664-1, revizija 3. Slika 10 prikazuje ilustracijo.
Najmanjša razdalja je razdalja med glavo vijaka in spodnjo površino tiskanega vezja, ki mora biti zadostna, da se prepreči električna prevodnost na tem območju.
Druga možnost so dodatni izolacijski ukrepi, kot so reža za tiskano vezje, premaz ali posebno zalivanje, da se izpolnijo ustrezni standardi glede razmika in leznih poti.

Slika 10. Razmik med vijakom in tiskanim vezjem

Vrsta vijaka določa najmanjšo možno režo med njim in tiskanim vezjem. Z vijakom z vdolbino v skladu z ISO7045, vzmetno podložko v skladu z DIN 127B in ravno podložko DIN 125A ter ...amp kot je prikazano na sliki 10, bo razdalja 4.25 mm. Tipična zračnost in lezična pot sta na voljo v podatkovnem listu. Za več podrobnosti o zračnosti modula ali lezični poti se lahko obrnete na podporo za aplikacije ali prodajo in trženje.

Vse blagovne znamke in imena izdelkov, ki se pojavljajo v tem dokumentu, so registrirane blagovne znamke ali blagovne znamke njihovih lastnikov.

onsemi, in druga imena, znamke in blagovne znamke so registrirane in/ali blagovne znamke običajnega prava podjetja Semiconductor Components Industries, LLC dba “onsemi” ali njenih podružnic in/ali podružnic v Združenih državah in/ali drugih državah. onsemi ima v lasti pravice do številnih patentov, blagovnih znamk, avtorskih pravic, poslovnih skrivnosti in druge intelektualne lastnine.
Seznam onsemijev pokritost izdelka/patenta je dostopna na www.onsemi.com/site/pdf/Patent−Marking.pdf. onsemi si pridržuje pravico, da kadar koli spremeni kateri koli izdelek ali informacije tukaj, brez predhodnega obvestila. Informacije v tem dokumentu so na voljo »takšne kot so« in onsemi ne daje nobenega jamstva, zastopanja ali garancije glede točnosti informacij, lastnosti izdelka, razpoložljivosti, funkcionalnosti ali primernosti svojih izdelkov za kateri koli poseben namen, niti ne onsemi prevzema kakršno koli odgovornost, ki izhaja iz uporabe ali uporabe katerega koli izdelka ali vezja, in izrecno zavrača kakršno koli odgovornost, vključno brez omejitev s posebno, posledično ali naključno škodo. Kupec je odgovoren za uporabo svojih izdelkov in aplikacij onsemi izdelke, vključno z skladnostjo z vsemi zakoni, predpisi in varnostnimi zahtevami ali standardi, ne glede na kakršne koli informacije o podpori ali aplikacijah, ki jih zagotavlja onsemi. „Tipični“ parametri, ki so lahko navedeni v onsemi podatkovni listi in/ali specifikacije se lahko razlikujejo in se razlikujejo v različnih aplikacijah, dejanska zmogljivost pa se lahko sčasoma spreminja. Vse parametre delovanja, vključno s »tipičnimi«, morajo za vsako uporabniško aplikacijo potrditi strankini tehnični strokovnjaki. onsemi ne posreduje nobene licence v okviru svojih pravic intelektualne lastnine niti pravic drugih. onsemi izdelki niso zasnovani, namenjeni ali odobreni za uporabo kot kritična komponenta v sistemih za vzdrževanje življenja ali kakršnih koli medicinskih pripomočkov razreda 3 FDA ali medicinskih pripomočkov z enako ali podobno klasifikacijo v tuji jurisdikciji ali katerih koli naprav, namenjenih za vsaditev v človeško telo. Če kupec kupi ali uporabi onsemi izdelkov za kakršno koli takšno nenamerno ali nepooblaščeno uporabo, kupec povrne odškodnino in jo zadrži onsemi in njegove uradnike, zaposlene, hčerinske družbe, podružnice in distributerje neodškodni pred vsemi zahtevki, stroški, odškodninami in izdatki ter razumnimi odvetniškimi honorarji, ki neposredno ali posredno izhajajo iz kakršnih koli zahtevkov glede telesnih poškodb ali smrti, povezanih s takšno nenamerno ali nepooblaščeno uporabo. , četudi takšna trditev navaja, da onsemi je bil malomaren glede oblikovanja ali izdelave dela. onsemi je delodajalec enakih možnosti/pozitivne akcije. Za to literaturo veljajo vsi veljavni zakoni o avtorskih pravicah in na noben način ni za nadaljnjo prodajo.

DODATNE INFORMACIJE

TEHNIČNE PUBLIKACIJE:
Tehnična knjižnica: www.onsemi.com/design/resources/technical−documentation
onsemi Webspletno mesto: www.onsemi.com
SPLETNA PODPORA: www.onsemi.com/support
Za dodatne informacije se obrnite na lokalnega prodajnega zastopnika na www.onsemi.com/support/sales