onsemi SiC E1B -moduulien käyttöopas

onsemi SiC E1B -moduulien käyttöopas

Laajuus

onsemi on ollut edelläkävijä SiC JFETien käyttöönotossa kaskoodikonfiguraatiossa, jossa on porttiohjausyhteensopivuus Si MOSFETien, IGBT:iden ja SiC MOSFETien kanssa 5 V:n kynnysjännitteen perusteella.tagja laaja portin toiminta-alue ±25 V.

Nämä laitteet ovat luonnostaan ​​erittäin nopeita kytkentälaitteita ja niillä on erinomaiset runkodiodiominaisuudet. Onsemi on yhdistänyt eduttagUpouusi piikarbidi-JFET-pohjainen teholaite, jossa on alan standardin mukainen tehomoduulipaketti E1B, joka parantaa entisestään teollisuuden tehojärjestelmien tehotiheyttä, hyötysuhdetta, kustannustehokkuutta ja helppokäyttöisyyttä.

Tässä sovellushuomautuksessa esitellään asennusohjeet (piirilevy ja jäähdytyselementti) onsemin uusimmille E1B-tehomoduulipaketeille (puolisilta ja kokosilta).

TÄRKEÄÄ: Vaimentimia suositellaan vahvasti SiC E1B -moduuleille niiden luontaisen nopean kytkentänopeuden vuoksi. Vaimentin vähentää myös huomattavasti poiskytkentähäviöitä, mikä tekee SiC E1B -moduuleista erittäin houkuttelevia ZVS-järjestelmissä (nollatilavuus).tage päällekytkentä) pehmeän kytkentäsovelluksissa, kuten vaihesiirtokytkimellä varustetussa täyssillassa (PSFB), LLC:ssä jne.

Tätä tuotetta suositellaan käytettäväksi juotosnastojen kiinnitysten ja faasimuutoslämpöliitäntämateriaalien kanssa, eikä sitä suositella puristussovitetta ja lämpötahnaa käytettäviin toteutuksiin. Katso lisätietoja tämän tuotteen kiinnitysohjeista ja käyttöoppaasta.

Tämä sovellushuomautus tarjoaa myös resurssilinkkejä simulointimalleihin, kokoonpano-ohjeisiin, lämpöominaisuuksiin, luotettavuuteen ja kelpuutusasiakirjoihin.

Resurssi ja viite

1. SiC E1B -moduulien tekninen ylitysview
2. SiC E1B -moduulien asennusohje
3. SiC Cascode JFET ja moduulin käyttöopas
4. SiC E1B -moduulit DPT EVB -käyttöopas
5. onsemi SiC -moduulin linkki: SiC-moduulit
6. EliteSiC-tehosimulaattori
7. onsemi SiC-virtalähteen keskusyksikkö
8. SiC JFETien alkuperä ja niiden kehitys kohti täydellistä kytkintä

E1B-moduulin tiedot

Tehopuolijohdemoduulin vikaantumisen ensisijainen syy on virheellinen asennus. Huono asennus johtaa kohonneeseen tai liian korkeaan liitoskohdan lämpötilaan, mikä rajoittaa merkittävästi moduulin käyttöikää. Tämän seurauksena moduulin oikea asennus on ratkaisevan tärkeää luotettavan lämmönsiirron saavuttamiseksi piikarbidilaitteen liitoksesta jäähdytyskanavaan.

E1B-moduulit on suunniteltu juotettaviksi piirilevylle (PCB) ja kiinnitettäviksi jäähdytyselementtiin esiasennetuilla ruuveilla ja aluslevyillä, kuten kuvassa näkyy. Kuva 1 ja Kuva 2Tarkempia tietoja näiden järjestelmien laitteiston suunnittelussa käytettävistä mitoista ja toleransseista on moduulien datalehdissä.

Kuva 1. Moduulin kiinnitysruuvien sijainti (ylhäällä) View)

AND90340/D

Kuva 2. Moduulin kiinnitys piirilevyllä ja jäähdytyselementillä (kokoonpanon räjäytyskuva) View)

Suositeltu kiinnitysjärjestys

onsemi suosittelee seuraavaa asennusjärjestystä SiC E1B -moduulin paremman lämpötehon ja käyttöiän saavuttamiseksi:

1. Juota moduulitappi piirilevyyn (PCB)
2. Asenna piirilevy moduuliin
3. Kiinnitä moduuli jäähdytyselementtiin

Kiinnitä moduuli jäähdytyselementtiin esikootulla ruuvilla (yhdistelmäruuvi, aluslevy ja lukkoaluslevy) käyttäen rajoitusvääntömomenttia. On huomattava, että jäähdytyselementin koko ja pinta-ala on otettava huomioon koko juotosprosessin ajan, koska asianmukainen lämmönsiirto moduulin takapuolen ja jäähdytyselementin rajapinnan välillä on ratkaisevan tärkeää järjestelmän kokonaissuorituskyvylle (katso kuva 2).

1. Juota moduulitappi piirilevylle
   Onsemi on tarkistanut ja hyväksynyt E1B-moduulissa käytetyt juotettavat nastat standardikokoisille FR4-piirilevyille.
   Jos piirilevy vaatii reflow-juotosprosessin muille komponenteille, on suositeltavaa tehdä se uudelleen ennen moduulin asentamista, jotta vältetään altistuminen korkeille lämpötiloille.

Tyypillinen aaltojuotoslaitefile on esitetty kuvassa 4 ja taulukossa 1.
Jos painettujen piirilevyjen valmistuksessa käytetään muita käsittelytekniikoita, vaaditaan lisätestaus, -tarkastus ja -sertifiointi.

Piirilevyn vaatimus
FR4-piirilevy, jonka enimmäispaksuus on 2 mm.
Tarkista standardista IEC 61249−2−7:2002, täyttääkö piirilevyn materiaali standardin vaatimukset.
Käyttäjän on määritettävä optimaaliset johtavat kerrokset piirilevypinon asianmukaiseen suunnitteluun, mutta on varmistettava, että monikerroksiset piirilevyt ovat standardin IEC 60249-2-11 tai IEC 60249-2-1 mukaisia.
Jos asiakas harkitsee kaksipuolisten piirilevyjen käyttöä, katso standardia IEC 60249-2-4 tai IEC 60249-2-5.

Juotosnastan vaatimus
Keskeisiä tekijöitä juotosliitosten luotettavuuden saavuttamiseksi on piirilevyn suunnittelu.
Piirilevyn galvanoitujen läpireikien halkaisijat on valmistettava juotosnastan mittojen mukaisesti. (katso kuva 3).

JA90340
Jos piirilevyn reiän suunnittelu ei ole oikea, voi ilmetä ongelmia.
Jos lopullisen reiän halkaisija on liian pieni, sitä ei ehkä työnnetä oikein, mikä voi aiheuttaa nastojen katkeamisen ja piirilevyn vaurioitumisen.
Jos lopullinen reiän halkaisija on liian suuri, se ei välttämättä johda hyvään mekaaniseen ja sähköiseen suorituskykyyn juottamisen jälkeen. Juotoslaadun tulee viitata IPC-A-610-standardiin.
Suositellut parametrit aaltojuotosprosessin lämpötilaprosesseillefileperustuvat standardeihin IPC-7530, IPC-9502 ja IEC 61760-1:2006.

Kuva 3. Moduulin kiinnitys piirilevyyn ennen jäähdytyselementtiin kiinnittämistä

Kuva 4. Tyypillinen aaltojuotoslaitefile (Viite EN EN 61760-1:2006)

Taulukko 1. TYYPILLISET AALTOJUOSTOLAITTEETFILE (Viite EN EN 61760-1:2006)

Piirilevyn kiinnitys moduuliin

Kun piirilevy juotetaan suoraan moduulin päälle, mekaaniset rasitukset kohdistuvat erityisesti juotoskohtaan. Näiden rasitusten vähentämiseksi voidaan käyttää lisäruuvia piirilevyn kiinnittämiseksi moduulin neljään tukirakenteeseen. katso kuva 5.
Moduulit ovat yhteensopivia itsekierteittävien ruuvien (M2.5 x L (mm)) kanssa piirilevyn paksuudesta riippuen.

Välireikään menevän kierteen pituuden tulee olla vähintään Lmin 4 mm ja enintään Lmax 8 mm. Paremman tarkkuuden varmistamiseksi on suositeltavaa käyttää elektronisesti ohjattua ruuvimeisseliä tai sähköruuvimeisseliä.


Kuva 5. Piirilevyn kiinnitys E1B-moduuliin: (a) E1B-piirilevyn kiinnitysreikä tukikappaleella ja (b) suurin kierteen kiinnityssyvyys

Piirilevyn asennusvaatimus
1.5 mm:n syvyyden omaavat tukireiät toimivat vain ruuvien sisäänvientiohjaimina, eivätkä ne saa käyttää voimaa.

Keskeistä on esikiristyksen ja kiristyksen sallittu vääntömomentti:

• Esikiristys = 0.2 ~ 0.3 Nm
• Kiristys = enintään 0.5 Nm

Kuva 6. Piirilevyn kiinnitys E1B-moduuliin: Itsekierteittävän ruuvin pystysuora kohdistus (a) Kohdissa ja (b) Väärin kohdistettu.

Moduulin kiinnitys jäähdytyselementtiin

Jäähdytyselementin vaatimus
Jäähdytysrivan pinnan kunto on olennainen tekijä koko lämmönsiirtojärjestelmässä, ja sen on oltava täydessä kosketuksessa jäähdytysrivan kanssa. Moduulin alustan pinnan ja jäähdytysrivan pinnan on oltava tasaiset, puhtaat ja vapaat epäpuhtauksista ennen asennusta. Tämä estää onteloiden muodostumisen, minimoi lämpöimpedanssin ja maksimoi moduulin sisällä haihdutettavan tehon sekä saavuttaa datalehdessä määritellyn tavoitellun lämpöresistanssin. Jäähdytysrivan pinnan ominaisuuksien on saavutettava hyvä lämmönjohtavuus standardin DIN 4768−1 mukaisesti.

• Karheus (Rz): ≤10 m
• Jäähdytyselementin tasaisuus 100 mm:n pituuteen perustuen≤50 m

Thermal Interface Material (TIM)
Moduulikotelon ja jäähdytyssiilin välillä käytetty lämpöliitäntämateriaali on avainasemassa luotettavan ja korkealaatuisen lämpötehon saavuttamiseksi. Lämpötahnaa tai -tahnaa ei suositella pohjalevyttömälle moduulille, kuten E1B:lle..
Ilman paksua kuparista pohjalevyä, joka toimii lämmönlevittäjänä, lämpötahnan ulospumppautumisvaikutus (TIM-kerroksen lämpölaajenemisen ja supistumisen seurauksena moduulikotelon ja jäähdytysrivan välillä teho- tai lämpötilavaihteluiden aikana) pahentaa tyhjien tilojen muodostumista TIM-kerroksessa ja vaikuttaa merkittävästi negatiivisesti moduulin teho- tai lämpötilavaihteluiden käyttöikään.

Sen sijaan E1B-moduuleille suositellaan vahvasti TIM-menetelmää faasimuutosmateriaalin kanssa. Kuva 7 esittää 1200 V 100 A puolisiltamoduulin (UHB100SC12E1BC3N) tehonkestojaksojen tuloksia kahdella eri menetelmällä: lämpötahnalla ja faasimuutosmateriaalilla. Vaaka-akseli näyttää syklien lukumäärän. Pystyakseli näyttää laitteen VDS:n Tj_rise-aikana 100 °C:ssa. Punainen käyrä näyttää tehonkestojaksot lämpötahnan kanssa. Sininen käyrä näyttää tehonkestojaksot faasimuutosmateriaalilla. Punainen käyrä voi jatkua vain 12,000 1 sykliin asti ennen kuin lämpöpurkauksia tapahtuu lämpötahnan pumppautumisen aiheuttaman lämpöresistanssin heikkenemisen vuoksi. Samalle E58,000B-moduulille, jossa jäähdytysrivassa on faasimuutosmateriaalia, tehonkestojaksot paranevat merkittävästi yli XNUMX XNUMX syklin.

Kuva 8 esittää tehonvaihtelutestin olosuhteet ja asetukset. Kuva 7. E1B-moduulin tehonvaihtelun suorituskyky. eri TIM-arvoilla jäähdytyselementille: lämpötahna vs. faasimuutosmateriaali

Kuva 8. E1B-moduulin tehonvaihtotesti (a) Asetus ja (b) Testiolosuhteet

Tyypillisesti mekaanisen asennuksen jälkeen faasimuutosmateriaali tulisi paistaa uunissa, jotta TIM voi muuttaa faasiaan ja täyttää siten edelleen mikroskooppisia tyhjiöitä moduulikotelon ja jäähdytysrivan välillä sekä vähentää lämpövastusta moduulikotelon ja jäähdytysrivan välillä. Yllä olevassa esimerkissäampKuten kuvissa 7 ja 8 on esitetty, laitteen liitoksen ja veden välinen lämmönkestävyys laskee 0.52 °C/W:sta 0.42 °C/W:iin yhden tunnin paistamisen jälkeen 1 °C:ssa. Kysy yksityiskohtaiset ohjeet TIM-toimittajalta.

HUOMAA: Asiakkaan on arvioitava ja testattava kaikki erilaiset faasimuutosmateriaalityypit lisäksi noudattaen TIM-toimittajan ohjeita optimaalisen suorituskyvyn varmistamiseksi.

Moduulin kiinnitys jäähdytyselementtiin
Asennusmenetelmä on myös tärkeä tekijä moduulin ja jäähdytysrivan tehokkaan kontaktin varmistamiseksi faasimuutosmateriaalin ollessa välissä. Huomaa, että jäähdytysrivan ja moduulin ei tulisi koskettaa toisiaan koko alueella, jotta vältetään paikallinen eristyminen kahden komponentin välille. Taulukossa 2 on yhteenveto jäähdytysrivan kiinnitysohjeista.

Taulukko 2. OnSemi SiC E1B -moduulin jäähdytyselementin asennussuositukset

Muita kiinnitysohjeita

Asennetun moduulin kokonaisjärjestelmä on otettava huomioon. Jos moduuli on kiinnitetty oikein jäähdytyselementtiin ja piirilevyyn, tuotteen yleinen suorituskyky saavutetaan.
Myös tärinän minimoimiseksi on ryhdyttävä asianmukaisiin toimenpiteisiin, koska piirilevy on juotettu vain moduuliin.
Heikkoja juotettuja liittimiä on vältettävä. Yksittäisiä nastoja saa kuormittaa vain kohtisuorassa jäähdytysripaan nähden maksimipaineella ja -kiristyksellä, ja asiakkaan sovelluksen on arvioitava riittävä etäisyys piirilevyn ja jäähdytysrivan välillä.

Piirilevyn ja moduulin mekaanisen rasituksen minimoimiseksi, erityisesti silloin, kun piirilevyssä on raskaita komponentteja, on suositeltavaa käyttää välikappaleita. katso kuva 9.

Kuva 9. E1B-moduulin piirilevyn ja jäähdytyselementin kiinnitys välitappien avulla

Suositeltu etäisyys (X) tukitangon ja piirilevyn kiinnitysreiän reunan välillä on ≤ 50 mm.
Jos samalle piirilevylle on asennettu useita moduuleja, moduulien välinen korkeusero voi aiheuttaa mekaanisia rasituksia juotosliitokseen. Rasituksen minimoimiseksi tukipylväiden suositeltu korkeus (H) on 12.10 (±0.10) mm.

Välys- ja pintavälivaatimus

Moduulin ja piirilevyn välisen kokoonpanon mekaanisen etäisyyden on täytettävä standardin IEC 60664-1 Revision 3 edellyttämä välys ja ryömintämatka. Kuva 10 esittää tätä.
Minimietäisyys on ruuvin kannan ja piirilevyn pohjan välinen etäisyys, jonka on oltava riittävä sähkönjohtavuuden estämiseksi tällä alueella.
Vaihtoehtoisesti voidaan joutua toteuttamaan lisäeristystoimenpiteitä, kuten piirilevypaikka, pinnoite tai erityinen valu, jotta asianmukaiset ilmavälin ja pintamatkan standardit täyttyvät.

Kuva 10. Ruuvin ja piirilevyn välinen rako

Ruuvin tyyppi määrittää sen ja piirilevyn välisen vähimmäisvälyksen. Käytä ISO7045-standardin mukaista lieriökantaista ruuvia, DIN 127B -standardin mukaista lukkoaluslevyä ja DIN 125A -standardin mukaista litteää aluslevyä sekä lukkoa.amp kuten kuvassa 10 on esitetty, etäisyys on 4.25 mm. Tyypillinen välys ja ryömintämatka on esitetty datalehdessä. Lisätietoja moduulin välyksestä tai ryömintämatkasta saat ottamalla yhteyttä sovellustukeen tai myyntiin ja markkinointiin.

Kaikki tässä asiakirjassa esiintyvät tuotenimet ja tuotenimet ovat vastaavien haltijoidensa rekisteröityjä tavaramerkkejä tai tavaramerkkejä.

onsemi, , ja muut nimet, merkit ja tuotemerkit ovat Semiconductor Components Industries, LLC dba:n rekisteröityjä ja/tai yleisiä tavaramerkkejä. "onsemi" tai sen tytäryhtiöt ja/tai tytäryhtiöt Yhdysvalloissa ja/tai muissa maissa. onsemi omistaa oikeudet useisiin patentteihin, tavaramerkkeihin, tekijänoikeuksiin, liikesalaisuuksiin ja muuhun immateriaalioikeuteen.
Listaus onsemin tuote-/patenttikattavuus on saatavilla osoitteessa www.onsemi.com/site/pdf/Patent−Marking.pdf. onsemi pidättää oikeuden tehdä milloin tahansa muutoksia mihin tahansa tässä oleviin tuotteisiin tai tietoihin ilman erillistä ilmoitusta. Tässä olevat tiedot toimitetaan "sellaisenaan" ja onsemi ei anna mitään takuuta, esitystä tai takuuta tuotteidensa tietojen paikkansapitävyydestä, tuotteen ominaisuuksista, saatavuudesta, toimivuudesta tai sopivuudesta mihinkään tiettyyn tarkoitukseen, eikä myöskään onsemi ottaa vastuun, joka johtuu minkä tahansa tuotteen tai piirin sovelluksesta tai käytöstä, ja irtisanoutuu erityisesti kaikesta vastuusta, mukaan lukien rajoituksetta erityiset, välilliset tai satunnaiset vahingot. Ostaja on vastuussa käyttämistään tuotteista ja sovelluksista onsemi tuotteet, mukaan lukien kaikkien lakien, määräysten ja turvallisuusvaatimusten tai standardien noudattaminen, riippumatta yrityksen tarjoamista tuki- tai sovellustiedoista onsemi. "Tyypilliset" parametrit, jotka voidaan antaa onsemi tietolomakkeet ja/tai tekniset tiedot voivat vaihdella ja vaihtelevat eri sovelluksissa, ja todellinen suorituskyky voi vaihdella ajan myötä. Asiakkaan teknisten asiantuntijoiden on validoitava kaikki toimintaparametrit, mukaan lukien "Typicals" kullekin asiakassovellukselle. onsemi ei luovuta minkäänlaista lisenssiä immateriaalioikeuksiensa tai muiden oikeuksien nojalla. onsemi tuotteita ei ole suunniteltu, tarkoitettu tai hyväksytty käytettäväksi kriittisenä osana elämää ylläpitävissä järjestelmissä tai missään FDA:n luokan 3 lääkinnällisissä laitteissa tai lääkinnällisissä laitteissa, joilla on sama tai samanlainen luokitus ulkomailla, tai millään laitteella, joka on tarkoitettu implantoitavaksi ihmiskehoon. Ostajan tulee ostaa tai käyttää onsemi Tuotteet kaikista sellaisista tahattomista tai luvattomista sovelluksista, Ostajan on korvattava ja säilytettävä onsemi ja sen virkailijat, työntekijät, tytäryhtiöt, tytäryhtiöt ja jakelijat ovat vaarattomia kaikista vaateista, kustannuksista, vahingoista ja kuluista sekä kohtuullisista asianajopalkkioista, jotka johtuvat suoraan tai epäsuorasti kaikista tällaiseen tahattomaan tai luvattomaan käyttöön liittyvistä henkilövahingoista tai kuolemantapauksista. , vaikka väite väittäisi sen onsemi oli huolimaton osan suunnittelun tai valmistuksen suhteen. onsemi on yhtäläisten mahdollisuuksien/myönteisen toiminnan työnantaja. Tämä kirjallisuus on kaikkien sovellettavien tekijänoikeuslakien alainen, eikä sitä saa myydä millään tavalla.

LISÄTIETOJA

TEKNISET JULKAISUT:
Tekninen kirjasto: www.onsemi.com/design/resources/technical−documentation
onsemi Websivusto: www.onsemi.com
VERKKOTUKI: www.onsemi.com/support
Lisätietoja saat paikalliselta myyntiedustajaltasi osoitteessa www.onsemi.com/support/sales