Ghidul utilizatorului pentru modulele onsemi SiC E1B

Ghidul utilizatorului pentru modulele onsemi SiC E1B

Domeniul de aplicare

onsemi a fost pionier în introducerea JFET-urilor SiC într-o configurație cascode cu compatibilitate de acționare a porții cu MOSFET-uri Si, IGBT-uri și MOSFET-uri SiC, bazată pe pragul de tensiune de 5 V.tagși o gamă largă de funcționare a porții de ±25 V.

Aceste dispozitive au în mod inerent o comutație foarte rapidă, cu caracteristici excelente ale diodelor corpului. OnSemi a combinat avantajeletagDispozitiv de alimentare bazat pe JFET SiC efusiv cu un pachet de module de alimentare standard în industrie, E1B, pentru a îmbunătăți și mai mult densitatea de putere, eficiența, rentabilitatea și ușurința în utilizare pentru sistemele de alimentare industriale.

Această notă de aplicație prezintă instrucțiuni de montare (PCB și radiator) pentru cele mai recente pachete de module de putere E1B de la onsemi (half-bridge și full-bridge).

IMPORTANT: Amortizatoarele sunt recomandate insistent pentru modulele SiC E1B datorită vitezei lor intrinseci de comutare rapidă. De asemenea, amortizatorul reduce considerabil pierderile de comutare la oprire, ceea ce face ca modulele SiC E1B să fie extrem de atractive în ZVS (zero voltage).tagaplicații de comutare soft (de tip e turn-on), cum ar fi puntea completă cu decalare de fază (PSFB), LLC etc.

Acest produs este recomandat pentru utilizare cu materiale de interfață termică cu lipire și schimbare de fază și nu este recomandat pentru implementări care utilizează presare și aplicarea de pastă termică. Vă rugăm să consultați instrucțiunile de montare și documentele din ghidul utilizatorului asociate cu acest produs pentru informații detaliate.

Această notă de aplicație oferă, de asemenea, link-uri către resurse, modele de simulare, instrucțiuni de asamblare, caracteristici termice, fiabilitate și documente de calificare.

Resurse și referințe

1. Module SiC E1B - Informații tehniceview
2. Ghid de montare a modulelor SiC E1B
3. Ghid de utilizare pentru modulul și JFET Cascode SiC
4. Ghid de utilizare pentru modulele SiC E1B DPT EVB
5. Legătură modul SiC onsemi: Module SiC
6. Simulator de putere EliteSiC
7. onsemi Hub central pentru soluții de alimentare SiC
8. Originile JFET-urilor SiC și evoluția lor către comutatorul perfect

Informații despre modulul E1B

Principala cauză a defecțiunii modulelor semiconductoare de putere este montarea necorespunzătoare. O montare defectuoasă va duce la o temperatură ridicată sau excesivă a joncțiunii, ceea ce va limita semnificativ durata de viață a modulului. Prin urmare, instalarea corectă a modulului este esențială pentru a obține un transfer fiabil de căldură de la joncțiunea dispozitivului SiC la canalul de răcire.

Modulele E1B sunt proiectate pentru a fi lipite pe o placă de circuit imprimat (PCB) și atașate la un radiator cu șuruburi și șaibe preasamblate, așa cum se arată în Figura 1 şi Figura 2Informații mai detaliate despre dimensiunile și toleranțele pentru proiectarea hardware-ului pentru aceste sisteme pot fi găsite în fișele tehnice ale modulelor.

Figura 1. Amplasarea șurubului de montare a modulului (partea de sus) View)

AND90340/D

Figura 2. Montarea modulului cu PCB și radiator (Ansamblu detaliat) View)

Secvența de montare recomandată

onsemi recomandă următoarea secvență de montare pentru o performanță termică mai bună și o durată de viață mai lungă a modulului SiC E1B:

1. Lipiți pinul modulului la placa cu circuite imprimate (PCB)
2. Montați PCB-ul pe modul
3. Montați modulul pe radiator

Cu șurubul pre-asamblat (șurub combinat, șaibă și șaibă de blocare), fixați modulul pe radiator utilizând cuplul de strângere limitator. Trebuie reținut că dimensiunea și suprafața radiatorului trebuie luate în considerare pe tot parcursul procesului de lipire, deoarece transferul adecvat de căldură între partea din spate a modulului și interfața radiatorului este esențial pentru performanța generală a unui pachet într-un sistem (vezi figura 2).

1. Lipiți pinul modulului la PCB
   Pinii lipibili utilizați pe modulul E1B au fost verificați și calificați de onsemi pentru PCB-uri FR4 standard.
   Dacă PCB-ul necesită un proces de lipire prin reflow pentru alte componente, se recomandă reflow-ul PCB-ului înainte de montarea modulului pentru a evita expunerea la temperaturi ridicate.

Un profesionist tipic în lipirea în valurifile este prezentat în Figura 4 și Tabelul 1.
Dacă la fabricarea plăcilor cu circuite imprimate se utilizează alte tehnici de manipulare, sunt necesare teste, inspecții și certificări suplimentare.

Cerință PCB
PCB FR4 cu o grosime maximă de 2 mm.
Consultați IEC 61249−2−7:2002 pentru a verifica dacă materialul PCB îndeplinește cerințele standardului.
Utilizatorul trebuie să determine straturile conductive optime pentru proiectarea corectă a straturilor stivei de PCB, dar trebuie să se asigure că PCB-urile multistrat respectă IEC 60249-2-11 sau IEC 60249-2-1
Dacă clientul va lua în considerare PCB-uri cu două fețe, consultați IEC 60249-2-4 sau IEC 60249-2-5

Cerința pinului de lipire
Factorii cheie pentru obținerea unor îmbinări de lipire cu fiabilitate ridicată sunt designul PCB-ului.
Diametrele găurilor placate pe PCB trebuie fabricate în conformitate cu dimensiunea pinului de lipire (vezi Figura 3).

ȘI90340
Dacă designul orificiului PCB nu este corect, pot apărea probleme potențiale.
Dacă diametrul final al găurii este prea mic, este posibil să nu fie introdus corect și va cauza ruperea pinilor și deteriorarea PCB-ului.
Dacă diametrul final al găurii este prea mare, este posibil să nu se obțină performanțe mecanice și electrice bune după lipire. Calitatea lipiturii trebuie să se refere la IPC-A-610.
Parametrii recomandați pentru temperatura procesului de lipire în valfilese bazează pe IPC-7530, IPC-9502, IEC 61760-1:2006.

Figura 3. Montarea modulului pe PCB înainte de montarea pe un radiator

Figura 4. Lipire tipică în undăfile (Referință EN EN 61760-1:2006)

Tabelul 1. PROGRAM TIPIC DE LIPIRE ÎN VALURIFILE (Referință EN EN 61760-1:2006)

Montarea PCB-ului pe modul

Când PCB-ul este lipit direct pe partea superioară a modulului, tensiunile mecanice sunt prezente în special la îmbinarea de lipire. Pentru a reduce aceste tensiuni, se poate utiliza un șurub suplimentar pentru a fixa PCB-ul în cele patru distanțiere ale modulului. vezi Figura 5.
Modulele sunt compatibile cu șuruburile autofiletante (M2.5 x L (mm)), în funcție de grosimea PCB-ului.

Lungimea filetului care intră în orificiul de distanțare trebuie să fie de minimum Lmin 4 mm și maximum Lmax 8 mm. Se recomandă utilizarea unei șurubelnițe cu control electronic sau a unei șurubelnițe electrice pentru a asigura o precizie mai bună.


Figura 5. Montarea PCB pe modulul E1B: (a) Orificiu de montare PCB E1B cu distanțier și (b) Adâncime maximă de angrenare a filetului șurubului

Cerințe de montare PCB
Găurile distanțiere cu adâncimea de 1.5 mm servesc doar ca ghidaj de introducere a șuruburilor și nu ar trebui să aplice nicio forță.

Factorul cheie este cuplul admis pentru procesul de pre-strângere și strângere:

• Pre-strângere = 0.2 ~ 0.3 Nm
• Strângere = 0.5 Nm Max

Figura 6. Montarea PCB pe modulul E1B: Alinierea verticală a șurubului autofiletant (a) aliniat și (b) nealiniat.

Montarea modulului pe radiator

Cerință radiator
Starea suprafeței radiatorului este un factor vital pentru întregul sistem de transfer termic și trebuie să fie în contact complet cu radiatorul. Suprafața substratului modulului și suprafața radiatorului trebuie să fie uniforme, curate și fără contaminare înainte de montare. Acest lucru este necesar pentru a preveni golurile, pentru a minimiza impedanța termică și pentru a maximiza cantitatea de putere care poate fi disipată în cadrul modulului și pentru a atinge rezistența termică țintă conform fișei tehnice. Calitățile suprafeței radiatorului sunt necesare pentru a atinge o bună conductivitate termică, conform DIN 4768−1.

• Rugozitate (Rz): ≤ 10 m
• Planeitatea radiatorului bazată pe o lungime de 100 mm: ≤50 m

Material de interfață termică (TIM)
Materialul de interfață termică utilizat între carcasa modulului și radiator este esențial pentru obținerea unor performanțe termice fiabile și de înaltă calitate. Pasta termică sau pasta termică nu sunt recomandate pentru un modul fără placă de bază, cum ar fi E1B..
Fără o placă de bază groasă de cupru care să servească drept distribuitor de căldură, efectul de pompare a pastei termice (prin expansiunea și contracția termică a stratului TIM dintre carcasa modulului și radiator în timpul ciclului de alimentare sau al ciclului de temperatură) exacerbează formarea golurilor în stratul TIM și are un impact negativ semnificativ asupra duratei de viață a ciclului de alimentare a modulului.

In schimb, TIM utilizând material cu schimbare de fază este recomandat insistent pentru modulele E1B. Figura 7 prezintă rezultatele ciclului de alimentare pentru modulul semi-punte de 1200 V 100 A (UHB100SC12E1BC3N) utilizând două metode diferite, pastă termică vs. material cu schimbare de fază. Axa orizontală arată numărul de cicluri. Axa verticală arată VDS-ul dispozitivului în timpul creșterii Tj la 100 °C. Curba roșie arată ciclul de alimentare cu pastă termică. Curba albastră arată ciclul de alimentare cu material cu schimbare de fază. Curba roșie poate merge doar până la 12,000 de cicluri înainte ca fuga termică să aibă loc din cauza degradării rezistenței termice cauzate de efectul de evacuare a pastei termice. Pentru același modul E1B, utilizarea materialului cu schimbare de fază pentru radiator, TIM îmbunătățește semnificativ ciclul de alimentare dincolo de 58,000 de cicluri.

Figura 8 prezintă condițiile de testare a ciclului de alimentare și configurația. Figura 7. Performanța ciclului de alimentare a modulului E1B. cu TIM diferit pentru radiator: Pastă termică vs. material cu schimbare de fază

Figura 8. Testul de ciclare a alimentării modulului E1B (a) Configurare și (b) Condiții de testare

De obicei, după montarea mecanică, materialul cu schimbare de fază trebuie copt în cuptor pentru a permite TIM să își schimbe faza pentru a umple și mai mult golurile microscopice dintre carcasa modulului și radiator și pentru a reduce rezistența termică de la carcasa modulului la radiator. În exemplul de mai sus...ampAșa cum se arată în Figura 7 și Figura 8, rezistența termică de la joncțiunea dispozitivului la apă este redusă de la 0.52 °C/W la 0.42 °C/W după 1 oră de coacere la 65 °C. Vă rugăm să consultați furnizorul TIM pentru instrucțiuni detaliate.

NOTA: Orice tip diferit de material cu schimbare de fază trebuie evaluat și testat suplimentar de către client, urmând instrucțiunile unui furnizor de TIM (material cu schimbare de fază) pentru a asigura o performanță optimă.

Montarea modulului pe radiator
Procedura de montare este, de asemenea, un factor important pentru a garanta un contact eficient între modul și radiator, cu materialul de schimbare de fază dintre ele. Rețineți că radiatorul și modulul nu trebuie să se atingă pe întreaga suprafață pentru a evita o separare localizată între cele două componente. Tabelul 2 prezintă pe scurt instrucțiunile de montare pentru atașarea radiatorului.

Tabelul 2. RECOMANDĂRI DE MONTARE A RADIATORULUI MODULULUI onsemi SiC E1B

Alte considerații privind montarea

Trebuie luat în considerare întregul sistem al modulului montat. Dacă modulul este atașat corect la radiator și la placa de circuit, se va obține performanța generală a produsului.
Trebuie luate măsuri adecvate pentru a minimiza și vibrațiile, deoarece placa de circuit imprimat (PCB) este lipită doar pe modul.
Trebuie evitate terminalele lipite slab. Pinii individuali pot fi încărcați doar perpendicular pe radiator, cu presiune maximă, tensiune și distanță adecvată între PCB și radiator, care trebuie evaluate în funcție de aplicația clientului.

Pentru a minimiza stresul mecanic asupra PCB-ului și modulului, în special atunci când PCB-ul are componente grele, se recomandă utilizarea unui stâlp de distanță. vezi Figura 9.

Figura 9. Montarea PCB-ului modulului E1B și a radiatorului cu stâlp de montare distanțier

Dimensiunea recomandată (X) dintre stâlpul distanțiat și marginea orificiului de montare a PCB-ului este ≤ 50 mm.
În cazul în care mai multe module sunt montate pe același PCB, variația de înălțime dintre module poate duce la solicitări mecanice asupra îmbinării de lipire. Pentru a minimiza solicitările, înălțimea recomandată (H) a stâlpilor de spațiu este de 12.10 (±0.10) mm.

Cerința privind distanța de aer și conturnarea

Distanța mecanică dintre ansamblul dintre modul și PCB trebuie să respecte distanța de aer și de conturnare prevăzută în IEC 60664-1 Revizia 3. Figura 10 prezintă ilustrația.
Distanța minimă este distanța dintre capul șurubului și suprafața inferioară a PCB-ului, care trebuie să fie suficientă pentru a preveni conductivitatea electrică în această zonă.
Alternativ, ar putea fi necesară implementarea unor măsuri suplimentare de izolație, cum ar fi slotul pentru PCB, acoperirea sau încapsularea specială, pentru a îndeplini standardele corespunzătoare de distanță și distanță de conturnare.

Figura 10. Distanța dintre șurub și placa de circuite imprimate

Tipul șurubului determină distanța minimă dintre acesta și PCB. Cu un șurub cu cap bombat conform ISO7045, o șaibă de siguranță conform DIN 127B și o șaibă plată DIN 125A, iar cl...amp Conform celor prezentate în Figura 10, distanța va fi de 4.25 mm. Distanța de aer și conturnarea tipice sunt disponibile în fișa tehnică. Pentru detalii suplimentare despre distanța de aer sau conturnarea modulelor, puteți contacta asistența pentru aplicații sau departamentul de vânzări și marketing.

Toate denumirile de mărci și de produse care apar în acest document sunt mărci comerciale înregistrate sau mărci comerciale ale deținătorilor respectivi.

onsemi, , și alte nume, mărci și mărci sunt mărci comerciale înregistrate și/sau de drept comun ale Semiconductor Components Industries, LLC dba „onsemi” sau afiliații și/sau filialele sale din Statele Unite și/sau alte țări. onsemi deține drepturile asupra unei serii de brevete, mărci comerciale, drepturi de autor, secrete comerciale și alte proprietăți intelectuale.
O listă de de onsemi Acoperirea produsului/brevetului poate fi accesată la www.onsemi.com/site/pdf/Patent−Marking.pdf. onsemi își rezervă dreptul de a modifica în orice moment orice produse sau informații din acest document, fără notificare. Informațiile de aici sunt furnizate „ca atare” și onsemi nu oferă nicio garanție, reprezentare sau garanție cu privire la acuratețea informațiilor, caracteristicile produsului, disponibilitatea, funcționalitatea sau adecvarea produselor sale pentru un anumit scop și nici nu face onsemi își asumă orice răspundere care decurge din aplicarea sau utilizarea oricărui produs sau circuit și își declină în mod special orice responsabilitate, inclusiv, fără limitare, daune speciale, consecutive sau incidente. Cumpărătorul este responsabil pentru utilizarea produselor și aplicațiilor sale onsemi produse, inclusiv conformitatea cu toate legile, reglementările și cerințele sau standardele de siguranță, indiferent de orice asistență sau informații despre aplicații furnizate de onsemi. Parametrii „tipici” care pot fi furnizați în onsemi fișele de date și/sau specificațiile pot varia și variază în diferite aplicații, iar performanța reală poate varia în timp. Toți parametrii de funcționare, inclusiv „Tipici”, trebuie validați pentru fiecare aplicație client de către experții tehnici ai clientului. onsemi nu transmite nicio licență în temeiul niciunui drept de proprietate intelectuală sau al altora. onsemi produsele nu sunt proiectate, destinate sau autorizate pentru a fi utilizate ca componentă critică în sistemele de susținere a vieții sau în orice dispozitiv medical de clasa 3 FDA sau dispozitive medicale cu aceeași clasificare sau similară într-o jurisdicție străină sau orice dispozitiv destinat implantării în corpul uman. În cazul în care Cumpărătorul cumpără sau folosește onsemi produse pentru orice astfel de aplicație neintenționată sau neautorizată, Cumpărătorul va despăgubi și va reține onsemi și ofițerii, angajații, filialele, afiliații și distribuitorii săi sunt inofensivi împotriva tuturor pretențiilor, costurilor, daunelor și cheltuielilor și a onorariilor rezonabile de avocați care decurg din, direct sau indirect, orice pretenție de vătămare corporală sau deces asociată cu o astfel de utilizare neintenționată sau neautorizată. , chiar dacă o astfel de revendicare pretinde că onsemi a fost neglijent în ceea ce privește proiectarea sau fabricarea piesei. onsemi este un angajator cu șanse egale/acțiune afirmativă. Această literatură este supusă tuturor legilor aplicabile privind drepturile de autor și nu este destinată revânzării în niciun fel.

INFORMAȚII SUPLIMENTARE

PUBLICAȚII TEHNICE:
Biblioteca tehnica: www.onsemi.com/design/resources/technical−documentation
onsemi Website: www.onsemi.com
SUPORT ONLINE: www.onsemi.com/support
Pentru informații suplimentare, vă rugăm să contactați reprezentantul local de vânzări la www.onsemi.com/support/sales