onsemi SiC E1B Modules Gebruikersgids

onsemi SiC E1B Modules Gebruikersgids

Omvang

onsemi het baanbrekerswerk gedoen met die bekendstelling van SiC JFET's in 'n kaskode-konfigurasie met hekaandrywing-versoenbaarheid met Si MOSFET's, IGBT's en SiC MOSFET's, gebaseer op die 5 V-drempelvolume.tage en wye hek-bedryfsbereik van ±25 V.

Hierdie toestelle skakel inherent baie vinnig, met uitstekende liggaamsdiode-eienskappe. onsemi het die voorsprong gekombineertageuse SiC JFET-gebaseerde kragtoestel met 'n industriestandaard-kragmodulepakket, E1B, om kragdigtheid, doeltreffendheid, koste-effektiwiteit en gebruiksgemak vir industriële kragstelsels verder te verbeter.

Hierdie toepassingsnota stel monteringsriglyne (PCB en koelplaat) vir onsemi se nuutste E1B-kragmodulepakkette (halfbrug en volle brug) bekend.

BELANGRIK: Snubbers word sterk aanbeveel vir SiC E1B-modules as gevolg van hul intrinsieke vinnige skakelspoed. Ook verminder snubber afskakelverlies aansienlik, wat SiC E1B-modules uiters aantreklik maak in ZVS (nul vol.tag(e-aanskakel) sagteskakeltoepassings soos faseverskuifde volle brug (PSFB), LLC, ens.

Hierdie produk word aanbeveel vir gebruik met soldeerpen-hegting en faseveranderingstermiese koppelvlakmateriale, en word nie aanbeveel vir implementerings wat perspassing en die aanwending van termiese vet gebruik nie. Verwys asseblief na die monteringsriglyne en gebruikersgidsdokumente wat met hierdie produk geassosieer word vir meer inligting.

Hierdie toepassingsnota verskaf ook hulpbronskakels na simulasiemodelle, monteringsriglyne, termiese eienskappe, betroubaarheid en kwalifikasiedokumente.

Hulpbron en verwysing

1. SiC E1B Modules Tegniese Oorsigview
2. Monteringsriglyne vir SiC E1B-modules
3. SiC Kaskode JFET & Module Gebruikersgids
4. SiC E1B-modules DPT EVB-gebruikersgids
5. onsemi SiC Module Skakel: SiC-modules
6. EliteSiC Kragsimulator
7. onsemi SiC-kragoplossing sentrale spilpunt
8. Oorsprong van SiC JFET's en hul evolusie na die perfekte skakelaar

E1B Module Inligting

Die primêre oorsaak van die mislukking van 'n kraghalfgeleiermodule is onbehoorlike montering. Swak montering sal lei tot verhoogde of oormatige aansluitingstemperatuur, wat die module se lewensduur aansienlik sal beperk. Gevolglik is behoorlike module-installasie van kritieke belang om betroubare hitte-oordrag vanaf die SiC-toestelaansluiting na die verkoelingskanaal te verkry.

Die E1B-modules is ontwerp om aan 'n gedrukte stroombaanbord (PCB) gesoldeer te word en aan 'n hitteafleier vas te maak met voorafgemonteerde skroewe en wassers, soos getoon in Figuur 1 en Figuur 2Meer uitgebreide inligting oor afmetings en toleransies vir die ontwerp van hardeware vir hierdie stelsels kan in die module-datablaaie gevind word.

Figuur 1. Ligging van module-monteringsskroef (bo) View)

AND90340/D

Figuur 2. Module-montering met PCB en hitteafleier (Montage-uitleg) View)

Aanbevole monteringsvolgorde

onsemi beveel die volgende monteringsvolgorde aan vir beter termiese werkverrigting en lewensduur van die SiC E1B-module:

1. Soldeer die modulepen aan die gedrukte stroombaanbord (PCB) vas
2. Monteer die PCB op die module
3. Monteer die module aan die hitteafvoerbak

Met 'n voorafgemonteerde skroef (kombineer skroef, wasser en sluitwasser), bevestig die module aan die koelplaat met behulp van beperkende wringkrag. Daar moet kennis geneem word dat die grootte en oppervlak van die koelplaat dwarsdeur die soldeerproses in ag geneem moet word, aangesien behoorlike hitte-oordrag tussen die module se agterkant en die koelplaat-koppelvlak van kritieke belang is vir die algehele werkverrigting van 'n pakket in 'n stelsel (sien figuur 2).

1. Soldeer die modulepen aan die PCB
   Die soldeerbare penne wat op die E1B-module gebruik word, is deur onsemi vir standaard FR4 PCB's nagegaan en gekwalifiseer.
   Indien die PCB 'n hervloei-solderingproses vir ander komponente benodig, word dit aanbeveel om die PCB te hervloei voordat die module gemonteer word om blootstelling aan hoë temperature te vermy.

'n Tipiese golfsoldering-professioneelfile word in Figuur 4 en Tabel 1 getoon.
Indien ander hanteringstegnieke in die vervaardiging van gedrukte stroombaanborde gebruik word, is addisionele toetsing, inspeksie en sertifisering nodig.

PCB-vereiste
FR4 PCB met 'n maksimum dikte van 2 mm.
Verwys na IEC 61249−2−7:2002 om te kyk of PCB-materiaal aan die standaardvereistes voldoen.
Gebruiker moet die optimale geleidende lae bepaal vir die behoorlike ontwerp van PCB-stapellae, maar moet verseker dat meerlaag-PCB's IEC 60249-2-11 of IEC 60249-2-1 volg.
Indien die kliënt dubbelsydige PCB's oorweeg, verwys na IEC 60249-2-4 of IEC 60249-2-5.

Soldeerpenvereiste
Sleutelfaktore vir die bereiking van soldeerverbindings met hoë betroubaarheid is die PCB-ontwerp.
Die deurgeplateerde gatdiameters op die PCB moet vervaardig word volgens die soldeerpen-afmeting. (sien Figuur 3).

AND90340
As die ontwerp van die PCB-gat nie korrek is nie, kan potensiële probleme ontstaan.
As die finale gatdiameter te klein is, mag dit nie behoorlik ingevoeg word nie en sal dit veroorsaak dat die penne breek en die PCB beskadig.
Indien die finale gatdiameter te groot is, mag dit nie goeie meganiese en elektriese werkverrigting na soldeerwerk tot gevolg hê nie. Die soldeerkwaliteit moet na IPC-A-610 verwys.
Die aanbevole parameters vir die golfsolderingsproses temperatuur profiles is gebaseer op IPC-7530, IPC-9502, IEC 61760-1:2006.

Figuur 3. Module-montering aan PCB voor montering aan 'n hitteafvoerder

Figuur 4. Tipiese Golfsoldering Profile (Verwysing EN EN 61760-1:2006)

Tabel 1. TIPIESE GOLFSOLDEERING PROFILE (Verwysing EN EN 61760-1:2006)

Montering van PCB op Module

Wanneer die PCB direk bo-op die module gesoldeer word, is die meganiese spannings teenwoordig, veral op die soldeerlas. Om hierdie spannings te verminder, kan 'n bykomende skroef gebruik word om die PCB in die vier afstandhouers van die module vas te maak. sien figuur 5.
Die modules is versoenbaar met die selftappende skroewe (M2.5 x L (mm)), afhangende van die dikte van die PCB.

Die lengte van die draad wat die afstandgat binnegaan, moet 'n minimum van Lmin 4 mm en 'n maksimum van Lmaks 8 mm wees. Dit word aanbeveel om 'n elektronies beheerde skroewedraaier of elektriese skroewedraaier te gebruik om beter akkuraatheid te verseker.


Figuur 5. PCB-montering op E1B-module: (a) E1B PCB-monteringsgat met afstandhouer, en (b) Maksimum skroefdraad-aanhegdiepte

PCB-monteringsvereiste
Die afstandsgate se diepte van 1.5 mm dien slegs as 'n skroef-invoergids en behoort geen krag uit te oefen nie.

Die sleutelfaktor is die hoeveelheid wringkrag wat toegelaat word vir die voor- en vasdraaiproses:

• Voor-aandraai = 0.2 ~ 0.3 Nm
• Aandraaiing = 0.5 Nm Maks

Figuur 6. PCB-montering op E1B-module: Vertikale belyning van selftappende skroef (a) in lyn, en (b) verkeerd in lyn.

Montering van module aan koelplaat

Vereiste vir hitteafvoer
Die oppervlaktoestand van die koelplaat is 'n belangrike faktor in die hele hitte-oordragstelsel en moet in volle kontak met die koelplaat wees. Die module se substraatoppervlak en die koelplaatoppervlak moet uniform, skoon en vry van kontaminasie wees voor montering. Dit is om leemtes te voorkom, die termiese impedansie te minimaliseer en die hoeveelheid krag wat binne die module versprei kan word, te maksimeer en die teikentermiese weerstand gebaseer op die datablad te bereik. Die koelplaat se oppervlakeienskappe word vereis om 'n goeie termiese geleidingsvermoë te verkry volgens DIN 4768−1.

• Ruheid (Rz): ≤10 m
• Platheid van die koelplaat gebaseer op 'n lengte van 100 mm: ≤50 m

Termiese koppelvlakmateriaal (TIM)
Termiese koppelvlakmateriaal wat tussen die modulekas en die hitteafleier gebruik word, is die sleutel om betroubare en hoëgehalte-termiese werkverrigting te behaal. Termiese vet of termiese pasta word nie aanbeveel vir 'n basisplaatlose module soos E1B nie..
Sonder 'n dik koperbasisplaat wat as 'n hitteverspreider dien, vererger die termiese vet-uitpomp-effek (deur termiese uitsetting en sametrekking van die TIM-laag tussen die modulekas en hitteafleier tydens kragsiklusse of temperatuursiklusse) leemtevorming in die TIM-laag en het dit 'n beduidende negatiewe impak op die kragsiklusleeftyd van die module.

In plaas daarvan, TIM met behulp van faseveranderingsmateriaal word sterk aanbeveel vir E1B-modules. Figuur 7 toon die kragsiklusresultate vir die 1200 V 100 A halfbrugmodule (UHB100SC12E1BC3N) met behulp van twee verskillende metodes, termiese ghries teenoor faseveranderingsmateriaal. Die horisontale as toon die aantal siklusse. Die vertikale as toon die toestel se VDS tydens Tj_styging by 100 °C. Die rooi kurwe toon kragsiklusse met termiese ghries. Die blou kurwe toon kragsiklusse met faseveranderingsmateriaal. Die rooi kurwe kan slegs tot 12,000 1 siklusse duur voordat termiese weghol plaasvind as gevolg van termiese weerstandsdegradasie as gevolg van die uitpompeffek van termiese ghries. Vir dieselfde E58,000B-module verbeter die gebruik van faseveranderingsmateriaal vir hitteafleier (TIM) kragsiklusse aansienlik tot meer as XNUMX XNUMX siklusse.

Figuur 8 toon die kragsiklustoetstoestande en opstelling. Figuur 7. E1B-module se kragsiklusprestasie. met verskillende TIM vir heatsink: Termiese vet vs. faseveranderingsmateriaal

Figuur 8. E1B Module Kragsiklustoets (a) Opstelling, en (b) Toetsomstandighede

Tipies, na meganiese montering, moet faseveranderingsmateriaal in die oond gebak word om TIM toe te laat om sy fase te verander om mikroskopiese leemtes tussen modulekas en hitteafleier verder te vul en termiese weerstand van modulekas tot hitteafleier te verminder. In die bogenoemde voorbeeldampSoos getoon in Figuur 7 en Figuur 8, word die termiese weerstand van die toestelaansluiting tot water verminder van 0.52 °C/W tot 0.42 °C/W na 1 uur bakproses teen 65 °C. Raadpleeg asseblief die TIM-verskaffer vir gedetailleerde instruksies.

LET WEL: Enige ander faseveranderingsmateriaaltipe moet deur die kliënt geëvalueer en getoets word deur die instruksies van 'n TIM (faseveranderingsmateriaal) verskaffer te volg om optimale werkverrigting te verseker.

Montering van module aan koelplaat
Die monteringsprosedure is ook 'n belangrike faktor om effektiewe kontak van die module en die hitteafleier met faseveranderingsmateriaal tussenin te verseker. Let daarop dat die hitteafleier en die module nie oor die hele area moet raak nie om 'n gelokaliseerde skeiding tussen die twee komponente te vermy. Tabel 2 som monteringsriglyne vir die bevestiging van die hitteafleier op.

Tabel 2. AANBEVELINGS VIR DIE MONTERING VAN DIE onsemi SiC E1B-MODULE-KOELPINPLAAS

Ander monteringsoorwegings

Die algehele stelsel van die gemonteerde module moet in ag geneem word. Indien die module behoorlik aan die hitteafleier en stroombaanbord geheg is, sal die algehele werkverrigting van die produk bereik word.
Toepaslike maatreëls moet ook getref word om vibrasie te verminder, aangesien die PCB slegs aan die module gesoldeer is.
Swak gesoldeerde terminale moet vermy word. Individuele penne kan slegs loodreg op die koelplaat gelaai word met maksimum druk, spanning en voldoende afstand tussen die PCB en die koelplaat moet deur die kliënt se toepassing geëvalueer word.

Om die meganiese spanning op die PCB en module te verminder, veral wanneer die PCB swaar komponente het, word dit aanbeveel om spasiepaal te gebruik, sien figuur 9.

Figuur 9. E1B-module PCB en hitteafleiermontering met ruimtepaal

Die aanbevole afmeting (X) tussen die spasiepaal en die rand van die PCB-monteringsgat is ≤ 50 mm.
Indien verskeie modules op dieselfde PCB gemonteer word, kan die hoogtevariasie tussen modules meganiese spanning op die soldeerlas veroorsaak. Om spanning te verminder, is die aanbevole hoogte (H) van die spasiepale 12.10 (±0.10) mm.

Vryhoogte- en kruipvereiste

Die meganiese spasiëring van die samestelling tussen die module en PCB moet voldoen aan die speling en kruipafstand wat deur IEC 60664-1 Hersiening 3 vereis word. Figuur 10 toon die illustrasie.
Die minimum speling is die afstand tussen die skroefkop en die onderste oppervlak van die PCB moet voldoende afstand hê om elektriese geleidingsvermoë in hierdie area te voorkom.
Alternatiewelik moet addisionele isolasiemaatreëls, soos 'n PCB-gleuf, bedekking of spesiale potvorming, moontlik geïmplementeer word om aan toepaslike speling- en kruipafstandstandaarde te voldoen.

Figuur 10. Speling tussen skroef en PCB

Die skroeftipe bepaal die minimum speling tussen dit en die PCB. Met 'n pankopskroef volgens ISO7045, 'n sluitwasser volgens DIN 127B en 'n platwasser DIN 125A, en die sluitingamp wat in Figuur 10 getoon word, sal die afstand 4.25 mm wees. Tipiese speling en kruipafstand is beskikbaar in die datablad. Vir verdere besonderhede oor modulespeling of kruipafstand, kontak die toepassingsondersteuning of verkope en bemarking.

Alle handelsname en produkname wat in hierdie dokument verskyn, is geregistreerde handelsmerke of handelsmerke van hul onderskeie houers.

onsemi, , en ander name, merke en handelsmerke is geregistreerde en/of gemeneregtelike handelsmerke van Semiconductor Components Industries, LLC dba "onsemi" of sy affiliasies en/of filiale in die Verenigde State en/of ander lande. onsemi besit die regte op 'n aantal patente, handelsmerke, kopieregte, handelsgeheime en ander intellektuele eiendom.
'n Lys van onsemi's produk-/patentdekking kan verkry word by www.onsemi.com/site/pdf/Patent−Marking.pdf. onsemi behou die reg voor om te eniger tyd veranderinge aan enige produkte of inligting hierin aan te bring, sonder kennisgewing. Die inligting hierin word verskaf "soos dit is" en onsemi gee geen waarborg, voorstelling of waarborg met betrekking tot die akkuraatheid van die inligting, produkkenmerke, beskikbaarheid, funksionaliteit of geskiktheid van sy produkte vir enige spesifieke doel nie, en onsemi aanvaar enige aanspreeklikheid wat voortspruit uit die toepassing of gebruik van enige produk of kring, en ontken spesifiek enige en alle aanspreeklikheid, insluitend sonder beperking spesiale, gevolglike of toevallige skade. Koper is verantwoordelik vir sy produkte en toepassings wat gebruik word onsemi produkte, insluitend voldoening aan alle wette, regulasies en veiligheidsvereistes of -standaarde, ongeag enige ondersteuning of toepassingsinligting verskaf deur onsemi. "Tipiese" parameters wat verskaf kan word in onsemi datablaaie en/of spesifikasies kan en verskil in verskillende toepassings en werklike werkverrigting kan met verloop van tyd verskil. Alle bedryfsparameters, insluitend “Tipiese” moet vir elke kliënttoepassing deur die kliënt se tegniese kundiges bekragtig word. onsemi dra geen lisensie onder enige van sy intellektuele eiendomsregte of die regte van ander oor nie. onsemi produkte is nie ontwerp, bedoel of gemagtig vir gebruik as 'n kritieke komponent in lewensondersteunende stelsels of enige FDA Klas 3 mediese toestelle of mediese toestelle met 'n dieselfde of soortgelyke klassifikasie in 'n buitelandse jurisdiksie of enige toestelle wat bedoel is vir inplanting in die menslike liggaam nie. Indien koper koop of gebruik onsemi produkte vir enige sodanige onbedoelde of ongemagtigde aansoek, sal Koper vrywaar en hou onsemi en sy beamptes, werknemers, filiale, affiliasies en verspreiders skadeloos teen alle eise, koste, skadevergoeding en uitgawes, en redelike prokureursfooie wat voortspruit uit, direk of indirek, enige eis van persoonlike besering of dood wat verband hou met sodanige onbedoelde of ongemagtigde gebruik , selfs al beweer so 'n eis dat onsemi was nalatig met betrekking tot die ontwerp of vervaardiging van die onderdeel. onsemi is 'n Gelyke Geleentheid/Regstellende Aksie Werkgewer. Hierdie literatuur is onderhewig aan alle toepaslike kopieregwette en is nie vir herverkoop op enige manier nie.

BYKOMENDE INLIGTING

TEGNIESE PUBLIKASIES:
Tegniese Biblioteek: www.onsemi.com/design/resources/technical−documentation
onsemi Webwebwerf: www.onsemi.com
AANLYN ONDERSTEUNING: www.onsemi.com/support
Vir bykomende inligting, kontak asseblief jou plaaslike verkoopsverteenwoordiger by www.onsemi.com/support/sales