Guia de l'usuari dels mòduls SiC E1B d'onsemi
Àmbit
onsemi ha estat pionera en la introducció de JFET de SiC en una configuració cascode amb compatibilitat de control de porta amb MOSFET de Si, IGBT i MOSFET de SiC, basant-se en el llindar de 5 V.tagi un ampli rang de funcionament de la porta de ±25 V.
Aquests dispositius són inherentment de commutació molt ràpida, amb excel·lents característiques de díode corporal. OnSemi ha combinat l'avantatgetagDispositiu de potència basat en JFET de SiC ecològic amb un paquet de mòdul de potència estàndard de la indústria, E1B, per millorar encara més la densitat de potència, l'eficiència, la rendibilitat i la facilitat d'ús per als sistemes de potència industrials.
Aquesta nota d'aplicació presenta les directrius de muntatge (PCB i dissipador de calor) per als paquets de mòduls d'alimentació E1B més recents d'onsemi (mig pont i pont complet).
IMPORTANT: Els amortidors són fermament recomanats per als mòduls SiC E1B a causa de la seva velocitat de commutació intrínseca. A més, l'amortidor redueix considerablement la pèrdua de commutació per apagada, cosa que fa que els mòduls SiC E1B siguin extremadament atractius en ZVS (voltatge zero).tagAplicacions de commutació suau (d'encesa) com ara pont complet amb desplaçament de fase (PSFB), LLC, etc.
Es recomana l'ús d'aquest producte amb materials d'interfície tèrmica de canvi de fase i fixació de pins de soldadura, i no es recomana per a implementacions que utilitzen ajust a pressió i aplicació de greix tèrmic. Consulteu les pautes de muntatge i els documents de la guia de l'usuari associats amb aquest producte per obtenir informació detallada.
Aquesta nota d'aplicació també proporciona enllaços de recursos a models de simulació, directrius de muntatge, característiques tèrmiques, fiabilitat i documents de qualificació.
Recurs i referència
- Mòduls SiC E1B Tècnica Overview
- Guia de muntatge dels mòduls SiC E1B
- Guia de l'usuari del mòdul i JFET Cascode de SiC
- Guia de l'usuari dels mòduls SiC E1B DPT EVB
- Enllaç del mòdul SiC onsemi: Mòduls de SiC
- Simulador de potència EliteSiC
- onsemi Centre central de solucions d'alimentació SiC
- Orígens dels JFET de SiC i la seva evolució cap al commutador perfecte
Informació del mòdul E1B
La causa principal de fallada del mòdul de semiconductors de potència és un muntatge incorrecte. Un muntatge deficient provocarà una temperatura de la unió elevada o excessiva, cosa que limitarà significativament la vida útil del mòdul. Com a resultat, una instal·lació correcta del mòdul és fonamental per aconseguir una transferència de calor fiable des de la unió del dispositiu SiC fins al canal de refrigeració.
Els mòduls E1B estan dissenyats per ser soldats a una placa de circuit imprès (PCB) i connectats a un dissipador de calor amb cargols i volanderes premuntats, tal com es mostra a Figura 1 i Figura 2Podeu trobar informació més detallada sobre les dimensions i les toleràncies per dissenyar maquinari per a aquests sistemes a les fitxes tècniques dels mòduls.
Figura 1. Ubicació del cargol de muntatge del mòdul (part superior) View)
AND90340/D
Figura 2. Muntatge del mòdul amb PCB i dissipador de calor (muntatge desplegat) View)
Seqüència de muntatge recomanada
onsemi recomana la següent seqüència de muntatge per a un millor rendiment tèrmic i una millor vida útil del mòdul SiC E1B:
- Soldeu el pin del mòdul a la placa de circuit imprès (PCB)
- Muntar la PCB al mòdul
- Muntar el mòdul al dissipador de calor
Amb el cargol premuntat (cargol combinat, volandera i volandera de seguretat), fixeu el mòdul al dissipador de calor utilitzant el parell limitador. Cal tenir en compte que la mida i la superfície del dissipador de calor s'han de tenir en compte durant tot el procés de soldadura, ja que una transferència de calor adequada entre la part posterior del mòdul i la interfície del dissipador de calor és fonamental per al rendiment general d'un paquet en un sistema (vegeu la figura 2).
- Soldar el pin del mòdul a la PCB
Els pins soldables utilitzats al mòdul E1B han estat comprovats i qualificats per onsemi per a PCB FR4 estàndard.
Si la PCB requereix un procés de soldadura per refusió per a altres components, es recomana fer-ho abans de muntar el mòdul per evitar l'exposició a altes temperatures.
Un professional típic de la soldadura per onesfile es mostra a la figura 4 i a la taula 1.
Si s'utilitzen altres tècniques de manipulació en la fabricació de plaques de circuits impresos, calen proves, inspeccions i certificacions addicionals.
Requisit de PCB
PCB FR4 amb un gruix màxim de 2 mm.
Consulteu la norma IEC 61249−2−7:2002 per comprovar si el material de la placa de circuit imprès compleix els requisits de la norma.
L'usuari ha de determinar les capes conductores òptimes per al disseny adequat de les capes de la pila de PCB, però cal assegurar-se que els PCB multicapa compleixin la norma IEC 60249-2-11 o IEC 60249-2-1
Si el client considera PCB de doble cara, consulteu la norma IEC 60249-2-4 o IEC 60249-2-5.
Requisit del pin de soldadura
Els factors clau per aconseguir unions de soldadura amb alta fiabilitat són el disseny de la PCB.
Els diàmetres dels forats xapats a la placa de circuit imprès s'han de fabricar d'acord amb la dimensió del pin de soldadura. (vegeu la figura 3).
AND90340
Si el disseny del forat de la PCB no és correcte, poden sorgir problemes potencials.
Si el diàmetre final del forat és massa petit, és possible que no s'insereixi correctament i farà que els pins es trenquin i danyin la PCB.
Si el diàmetre final del forat és massa gran, és possible que no es produeixi un bon rendiment mecànic i elèctric després de la soldadura. La qualitat de la soldadura ha de fer referència a la norma IPC-A-610.
Els paràmetres recomanats per al pro de temperatura del procés de soldadura per onafilees basen en IPC-7530, IPC-9502 i IEC 61760-1:2006.
Figura 3. Muntatge del mòdul a la placa de circuit imprès abans del muntatge a un dissipador de calor
Figura 4. Soldadura per ona típicafile (Referència EN EN 61760-1:2006)
Taula 1. PROFESSIONAL TÍPIC DE SOLDADURA PER ONAFILE (Referència EN EN 61760-1:2006)
| Profile Característica | Soldadura estàndard de SnPb | Soldadura sense plom (Pb) | |
| Preescalfeu | Temperatura mín. (Tsmin) | 100 °C | 100 °C |
| Temperatura típica (Tsíp.) | 120 °C | 120 °C | |
| Temperatura màxima (Tsmax) | 130 °C | 130 °C | |
| Temperatura màxima (Tsmax) | 70 segons | 70 segons | |
| Δ Preescalfar a la temperatura màxima | 150 °C màx. | 150 °C màx. | |
| D Preescalfeu a la temperatura màxima | 235 °C − 260 °C | 250 °C − 260 °C | |
| Temps a la temperatura màxima (tp) | 10 segons màxim, 5 segons màxim per onada | 10 segons màxim, 5 segons màxim per onada | |
| Ramp-Taxa baixa | ~ 2 K/s mín. ~ 3.5 K/s típ. ~ 5 K/s màx. | ~ 2 K/s mín. ~ 3.5 K/s típ. ~ 5 K/s màx. | |
| Temps 25 °C a 25 °C | 4 minuts | 4 minuts | |
Muntatge de PCB al mòdul
Quan la placa de circuit imprès (PCB) es solda directament a la part superior del mòdul, les tensions mecàniques són presents especialment a la unió de soldadura. Per reduir aquestes tensions, es pot utilitzar un cargol addicional per fixar la PCB als quatre separadors del mòdul. vegeu la figura 5.
Els mòduls són compatibles amb els cargols autoperforants (M2.5 x L (mm)), depenent del gruix de la PCB.
La longitud de la rosca que entra al forat del separador ha de tenir un mínim de Lmin 4 mm i un màxim de Lmax 8 mm. Es recomana utilitzar un tornavís controlat electrònicament o un tornavís elèctric per garantir una millor precisió.
Figura 5. Muntatge de la PCB al mòdul E1B: (a) Forat de muntatge de la PCB E1B amb separador i (b) Profunditat màxima d'acoblament de la rosca del cargol
Requisit de muntatge de PCB
Els forats separadors d'1.5 mm de profunditat només serveixen com a guia d'entrada de cargols i no haurien d'aplicar cap força.
El factor clau és la quantitat de parell de torsió permès per al procés de pre-apretament i ajust:
- Pre-apretament = 0.2 ~ 0.3 Nm
- Estrenyiment = 0.5 Nm màx.
Figura 6. Muntatge de la placa de circuit imprès al mòdul E1B: alineació vertical del cargol autorroscant (a) alineat i (b) desalineat.
Muntatge del mòdul al dissipador de calor
Requisit del dissipador de calor
L'estat de la superfície del dissipador de calor és un factor vital en tot el sistema de transferència de calor i ha d'estar en contacte complet amb el dissipador de calor. La superfície del substrat del mòdul i la superfície del dissipador de calor han de ser uniformes, netes i lliures de contaminació abans del muntatge. Això és per evitar buits, minimitzar la impedància tèrmica i maximitzar la quantitat de potència que es pot dissipar dins del mòdul i assolir la resistència tèrmica objectiu segons la fitxa tècnica. Les qualitats superficials del dissipador de calor són necessàries per assolir una bona conductivitat tèrmica segons la norma DIN 4768−1.
- Rugositat (Rz): ≤10 m
- Planitud del dissipador de calor basada en una longitud de 100 mm: ≤50 m
Material d'interfície tèrmica (TIM)
El material d'interfície tèrmica utilitzat entre la carcassa del mòdul i el dissipador de calor és clau per aconseguir un rendiment tèrmic fiable i d'alta qualitat. No es recomana la pasta tèrmica ni la gres tèrmica per a un mòdul sense placa base com l'E1B..
Sense una placa base de coure gruixuda que serveixi com a disipador de calor, l'efecte de bombament de greix tèrmic (per expansió tèrmica i contracció de la capa TIM entre la carcassa del mòdul i el dissipador de calor durant els cicles d'alimentació o els cicles de temperatura) agreuja la formació de buits a la capa TIM i té un impacte negatiu significatiu en la vida útil dels cicles d'alimentació del mòdul.
En canvi, Es recomana fermament que el TIM utilitzi material de canvi de fase per als mòduls E1B. La figura 7 mostra els resultats dels cicles de potència per al mòdul de mig pont de 1200 V 100 A (UHB100SC12E1BC3N) utilitzant dos mètodes diferents, gres tèrmic vs material de canvi de fase. L'eix horitzontal mostra el nombre de cicles. L'eix vertical mostra la VDS del dispositiu durant la Tj_rise a 100 °C. La corba vermella mostra els cicles de potència amb gres tèrmic. La corba blava mostra els cicles de potència amb material de canvi de fase. La corba vermella només pot arribar als 12,000 cicles abans que es produeixi una fugida tèrmica a causa de la degradació de la resistència tèrmica per l'efecte de bombament de gres tèrmic. Per al mateix mòdul E1B, l'ús de material de canvi de fase per al dissipador de calor, el TIM millora significativament els cicles de potència més enllà dels 58,000 cicles.
La figura 8 mostra les condicions i la configuració de la prova de cicle d'alimentació. Figura 7. Rendiment del cicle d'alimentació del mòdul E1B. amb diferents TIM per al dissipador de calor: greix tèrmic vs material de canvi de fase
Figura 8. Prova de cicle d'alimentació del mòdul E1B (a) Configuració i (b) Condicions de prova
| Configuració | Descripció |
| DUT | UHB100SC12E1BC3N |
| Mètode de calefacció | Corrent continu constant |
| Tj rise | 100 °C |
| Temperatura del dissipador de calor d'aigua freda | 20 °C |
| Temps d'escalfament per cicle | 5 s |
| Temps de refredament per cicle | 26 s |
| TIM (canvi de fase) | Laird TPCM 7200 |
Normalment, després del muntatge mecànic, el material de canvi de fase s'ha de coure al forn per permetre que el TIM canviï la seva fase per omplir encara més els buits microscòpics entre la carcassa del mòdul i el dissipador de calor i reduir la resistència tèrmica de la carcassa del mòdul al dissipador de calor. En l'exemple anteriorampTal com es mostra a la Figura 7 i la Figura 8, la resistència tèrmica des de la unió del dispositiu fins a l'aigua es redueix de 0.52 °C/W a 0.42 °C/W després d'1 hora de cocció a 65 °C. Consulteu el proveïdor de TIM per obtenir instruccions detallades.
NOTA: Qualsevol tipus de material de canvi de fase diferent ha de ser avaluat i provat addicionalment pel client seguint les instruccions d'un proveïdor de TIM (material de canvi de fase) per garantir un rendiment òptim.
Muntatge del mòdul al dissipador de calor
El procediment de muntatge també és un factor important per garantir un contacte efectiu del mòdul i el dissipador de calor amb el material de canvi de fase entremig. Tingueu en compte que el dissipador de calor i el mòdul no s'han de tocar en tota la superfície per evitar una separació localitzada entre els dos components. La Taula 2 resumeix les pautes de muntatge per a la fixació del dissipador de calor.
Taula 2. RECOMANACIONS DE MUNTATGE DEL DISSIPADOR DE CALOR DEL MÒDUL onsemi SiC E1B
| Muntatge del dissipador de calor | Descripció |
| Mida del cargol | M4 |
| Tipus de cargol | DIN 7984 (ISO 14580) capçal pla amb carcassa |
| Profunditat del cargol al dissipador de calor | > 6 mm |
| Arandela de molla | DIN 128 |
| Rentadora plana | DIN 433 (ISO 7092) |
| Parell de muntatge | 0.8 Nm a 1.2 Nm |
| TIM | Si us plau, canvieu el material, com ara Laird Tpcm. |
Altres consideracions de muntatge
Cal tenir en compte el sistema general del mòdul muntat. Si el mòdul està correctament connectat al dissipador de calor i a la placa de circuit, s'aconseguirà el rendiment general del producte.
També s'han de prendre mesures adequades per minimitzar la vibració, ja que la placa de circuit imprès només està soldada al mòdul.
Cal evitar els terminals soldats febles. Els pins individuals només es poden carregar perpendicularment al dissipador de calor amb la màxima pressió, tensió i distància adequada entre la placa de circuit imprès i el dissipador de calor, que s'ha d'avaluar segons l'aplicació del client.
Per minimitzar l'estrès mecànic a la PCB i al mòdul, especialment quan la PCB té components pesants, es recomana utilitzar un pal espacial. vegeu la figura 9.
Figura 9. Muntatge de la placa de circuit imprès i del dissipador de calor del mòdul E1B amb un poste espaiador
La dimensió recomanada (X) entre el pal espaiador i la vora del forat de muntatge de la placa de circuit imprès és ≤ 50 mm.
En cas que es muntin diversos mòduls a la mateixa placa de circuit imprès (PCB), la variació d'alçada entre els mòduls pot provocar tensions mecàniques a la unió de soldadura. Per minimitzar la tensió, l'alçada recomanada (H) dels pals d'espai és de 12.10 (±0.10) mm.
Requisit de distància lliure i de línia de fuga
L'espai mecànic del conjunt entre el mòdul i la placa de circuit imprès ha de complir la distància de seguretat i de fuga requerida per la norma IEC 60664-1 Revisió 3. La figura 10 mostra la il·lustració.
La distància mínima és la distància entre el cap del cargol i la superfície inferior de la PCB; ha de tenir una distància adequada per evitar la conductivitat elèctrica en aquesta zona.
Alternativament, pot ser necessari implementar mesures d'aïllament addicionals, com ara ranures per a PCB, recobriments o envasos especials per complir amb els estàndards adequats de distància de seguretat i de fuga.
Figura 10. Distància entre el cargol i la placa de circuit imprès
El tipus de cargol determina la separació mínima entre aquest i la placa de circuit imprès. Amb un cargol de capçal alveolar d'acord amb la norma ISO7045, una volandera de seguretat d'acord amb la norma DIN 127B i una volandera plana DIN 125A, i el clamp que es mostra a la Figura 10, la distància serà de 4.25 mm. La distància de separació i la distància de dispersió típiques estan disponibles a la fitxa tècnica. Per a més detalls sobre la distància de separació o la distància de dispersió del mòdul, podeu contactar amb el suport d'aplicacions o amb vendes i màrqueting.
Tots els noms de marques i noms de productes que apareixen en aquest document són marques comercials registrades o marques comercials dels seus respectius titulars.
onsemi,
, i altres noms, marques i marques són marques registrades i/o de dret comú de Semiconductor Components Industries, LLC dba "onsemi" o les seves filials i/o filials als Estats Units i/o altres països. onsemi posseeix els drets sobre diverses patents, marques comercials, drets d'autor, secrets comercials i altres drets de propietat intel·lectual.
Una llista de els onsemi Es pot accedir a la cobertura del producte/patent a www.onsemi.com/site/pdf/Patent−Marking.pdf. onsemi es reserva el dret de fer canvis en qualsevol moment a qualsevol producte o informació aquí, sense previ avís. La informació aquí es proporciona "tal com està" i onsemi no fa cap garantia, representació o garantia sobre l'exactitud de la informació, les característiques del producte, la disponibilitat, la funcionalitat o la idoneïtat dels seus productes per a cap propòsit particular, ni onsemi assumir qualsevol responsabilitat derivada de l'aplicació o l'ús de qualsevol producte o circuit, i declina específicament qualsevol responsabilitat, inclosos, entre d'altres, els danys especials, conseqüents o incidentals. El comprador és responsable de l'ús dels seus productes i aplicacions onsemi productes, inclòs el compliment de totes les lleis, regulacions i requisits o estàndards de seguretat, independentment de qualsevol informació de suport o aplicació proporcionada per onsemi. Paràmetres "típics" que es poden proporcionar a onsemi Les fitxes de dades i/o les especificacions poden variar i ho fan en diferents aplicacions i el rendiment real pot variar amb el temps. Tots els paràmetres de funcionament, inclosos els "típics", han de ser validats per a cada aplicació del client pels experts tècnics del client. onsemi no transmet cap llicència sota cap dels seus drets de propietat intel·lectual ni dels drets d'altres. onsemi Els productes no estan dissenyats, pensats ni autoritzats per utilitzar-los com a component crític en sistemes de suport vital o en cap dispositiu mèdic de classe 3 de la FDA o dispositiu mèdic amb una classificació igual o similar en una jurisdicció estrangera ni cap dispositiu destinat a implantar-se al cos humà. Si el comprador compra o utilitza onsemi productes per a qualsevol aplicació no desitjada o no autoritzada, el comprador indemnitzarà i mantindrà onsemi i els seus oficials, empleats, filials, afiliats i distribuïdors indemnes de totes les reclamacions, costos, danys i despeses, i honoraris d'advocats raonables derivats de, directament o indirectament, qualsevol reclamació de danys personals o mort associada amb aquest ús no desitjat o no autoritzat. , fins i tot si aquesta reclamació al·lega això onsemi va ser negligent pel que fa al disseny o fabricació de la peça. onsemi és un empresari d'igualtat d'oportunitats/acció afirmativa. Aquesta literatura està subjecta a totes les lleis de drets d'autor aplicables i no es pot revendre de cap manera.
INFORMACIÓ ADDICIONAL
PUBLICACIONS TÈCNIQUES:
Biblioteca tècnica: www.onsemi.com/design/resources/technical−documentation
onsemi Weblloc: www.onsemi.com
SUPORT EN LÍNIA: www.onsemi.com/support
Per obtenir informació addicional, poseu-vos en contacte amb el vostre representant de vendes local a www.onsemi.com/support/sales
Documents/Recursos
 |
Mòduls SiC E1B onsemi [pdfGuia de l'usuari AND90340-D, Mòduls SiC E1B, SiC E1B, Mòduls |