onsemi SiC E1B moodulite kasutusjuhend

Ulatus

onsemi on olnud teerajajaks SiC JFETide kasutuselevõtul kaskoodkonfiguratsioonis, millel on väravaajamiga ühilduvus Si MOSFETide, IGBT-de ja SiC MOSFETidega, mis põhinevad 5 V lävipingel.tage ja lai värava töövahemik ±25 V.

Need seadmed on oma olemuselt väga kiirelt lülituvad ja suurepäraste kehadioodide omadustega. Onsemi on ühendanud eelisedtagUhke SiC JFET-põhine toiteseade tööstusstandardile vastava toitemoodulipaketiga E1B, et veelgi suurendada tööstuslike toitesüsteemide võimsustihedust, tõhusust, kulutõhusust ja kasutusmugavust.

See rakendusmärkus tutvustab paigaldusjuhiseid (trükkplaat ja jahutusradiaator) onsemi uusimate E1B toitemoodulite pakettide (poolsild ja täissild) jaoks.

TÄHTIS: Summutuselemendid on SiC E1B moodulite puhul tungivalt soovitatavad nende sisemise kiire lülituskiiruse tõttu. Samuti vähendab summutuselement oluliselt väljalülituskadusid, muutes SiC E1B moodulid äärmiselt atraktiivseks ZVS-is (nullmahutites).tage sisselülitamine) pehme lülitusrakendused, näiteks faasinihkega täissild (PSFB), LLC jne.

Seda toodet soovitatakse kasutada jootetihvtide kinnitamiseks ja faasimuutusega termilise liidese materjalidega ning seda ei soovitata kasutada pressliite ja termopasta pealekandmist kasutades. Täpsema teabe saamiseks vaadake selle tootega seotud paigaldusjuhiseid ja kasutusjuhendeid.

See rakendusmärkus sisaldab ka ressursilinke simulatsioonimudelitele, montaažijuhistele, termilistele omadustele, töökindlusele ja kvalifitseerimisdokumentidele.

Ressurss ja viited

1. SiC E1B moodulite tehniline ülevaadeview
2. SiC E1B moodulite paigaldusjuhend
3. SiC Cascode JFET ja mooduli kasutusjuhend
4. SiC E1B moodulite DPT EVB kasutusjuhend
5. onsemi SiC mooduli link: SiC moodulid
6. EliteSiC võimsussimulaator
7. onsemi SiC toitelahenduse keskjaotur
8. SiC JFETide päritolu ja nende areng täiusliku lüliti suunas

E1B mooduli teave

Võimsuspooljuhtmooduli rikete peamine põhjus on vale paigaldus. Halb paigaldus põhjustab üleminekutemperatuuri tõusu või liigset tõusu, mis piirab oluliselt mooduli tööiga. Seetõttu on mooduli õige paigaldamine kriitilise tähtsusega, et saavutada usaldusväärne soojusülekanne SiC-seadme üleminekust jahutuskanalisse.

E1B moodulid on konstrueeritud nii, et need joodetakse trükkplaadile (PCB) ja kinnitatakse jahutusradiaatorile eelmonteeritud kruvide ja seibidega, nagu on näidatud joonisel. Joonis 1 ja Joonis 2Põhjalikumat teavet nende süsteemide riistvara projekteerimisel kasutatavate mõõtmete ja tolerantside kohta leiate moodulite andmelehtedelt.

Joonis 1. Mooduli kinnituskruvide asukoht (ülemine View)

AND90340/D

Joonis 2. Mooduli paigaldamine trükkplaadi ja jahutusradiaatoriga (koostejoonis) View)

Soovitatav paigaldusjärjekord

Parema termilise jõudluse ja SiC E1B mooduli eluea tagamiseks soovitab onsemi järgmist paigaldusjärjekorda:

1. Jootke mooduli tihvt trükkplaadile (PCB)
2. Paigaldage trükkplaat moodulile
3. Paigaldage moodul jahutusradiaatorile

Kinnitage moodul eelmonteeritud kruviga (kombineeritud kruvi, seib ja lukustusseib) jahutusradiaatorile, kasutades piiratud pöördemomenti. Tuleb märkida, et jahutusradiaatori suurust ja pinda tuleb kogu jootmisprotsessi vältel arvestada, kuna mooduli tagakülje ja jahutusradiaatori liidese vaheline korralik soojusülekanne on süsteemis oleva paketi üldise jõudluse seisukohalt kriitilise tähtsusega (vt joonis 2).

1. Jootke mooduli tihvt trükkplaadile
   E1B moodulil kasutatavad joodetavad tihvtid on onsemi poolt kontrollitud ja kvalifitseeritud standardsete FR4 trükkplaatide jaoks.
   Kui trükkplaat vajab teiste komponentide jaoks reflow-jootet, on soovitatav trükkplaat enne mooduli paigaldamist reflow-jootet teha, et vältida kokkupuudet kõrgete temperatuuridega.

Tüüpiline lainejootmise profffile on näidatud joonisel 4 ja tabelis 1.
Kui trükkplaatide tootmisel kasutatakse muid käitlemistehnikaid, on vaja täiendavat katsetamist, kontrolli ja sertifitseerimist.

PCB nõue
FR4 trükkplaat maksimaalse paksusega 2 mm.
Selleks, et kontrollida, kas trükkplaadi materjal vastab standardi nõuetele, vaadake standardit IEC 61249−2−7:2002.
Kasutaja peab määrama optimaalsed juhtivad kihid trükkplaadi virna kihtide õigeks kujundamiseks, kuid peab tagama, et mitmekihilised trükkplaadid vastavad standardile IEC 60249-2-11 või IEC 60249-2-1.
Kui klient kaalub kahepoolseid trükkplaate, vaadake standardit IEC 60249-2-4 või IEC 60249-2-5.

Jootetihvti nõue
Kõrge töökindlusega jooteühenduste saavutamise võtmeteguriks on trükkplaadi disain.
Trükkplaadi läbiva ava läbimõõdud tuleb valmistada vastavalt jootetihvti mõõtmetele. (vt joonis 3).

JA90340
Kui trükkplaadi ava kujundus pole õige, võivad tekkida probleemid.
Kui lõpliku augu läbimõõt on liiga väike, ei pruugi see korralikult sisestatud olla ning tihvtid võivad puruneda ja trükkplaati kahjustada.
Kui lõpliku augu läbimõõt on liiga suur, ei pruugi see pärast jootmist head mehaanilist ja elektrilist jõudlust kaasa tuua. Jootekvaliteedi osas tuleks järgida IPC-A-610 standardit.
Lainejootmise protsessi temperatuuriprofiili soovitatavad parameetridfileid põhinevad standarditel IPC-7530, IPC-9502 ja IEC 61760-1:2006.

Joonis 3. Mooduli kinnitamine trükkplaadile enne jahutusradiaatorile kinnitamist

Joonis 4. Tüüpiline lainejootmise profile (Viide EN EN 61760-1:2006)

Tabel 1. TÜÜPILINE LAINEJOOTMISE PROFESSIONAALNEFILE (Viide EN EN 61760-1:2006)

Profile Funktsioon		Standardne SnPb joodis	Pliivaba (Pb) joodis
Eelsoojendage	Minimaalne temperatuur (Tsmin)	100 °C	100 °C
	Temperatuuri tüüp (Ttüüp)	120 °C	120 °C
	Maksimaalne temperatuur (Tsmax)	130 °C	130 °C
	Maksimaalne temperatuur (Tsmax)	70 sekundit	70 sekundit
Δ Eelsoojenda max. temperatuurini		150 °C max.	150 °C max.
D Kuumuta eelsoojendus maksimaalse temperatuurini		235 °C – 260 °C	250 °C – 260 °C
Tipptemperatuuri saavutamise aeg (tp)		Maksimaalselt 10 sekundit, maksimaalselt 5 sekundit iga laine kohta	Maksimaalselt 10 sekundit, maksimaalselt 5 sekundit iga laine kohta
Ramp- Allahindlus		~ 2 K/s min ~ 3.5 K/s tüüpiliselt ~ 5 K/s max	~ 2 K/s min ~ 3.5 K/s tüüpiliselt ~ 5 K/s max
Aeg 25 °C kuni 25 °C		4 minuti	4 minuti

Trükkplaadi paigaldamine moodulile

Kui trükkplaat joodetakse otse mooduli peale, tekivad mehaanilised pinged eriti jootekohas. Nende pingete vähendamiseks saab trükkplaadi mooduli nelja kinnitusdetaili külge kinnitamiseks kasutada lisakruvi. vaata joonist 5.
Moodulid ühilduvad isekeermestavate kruvidega (M2.5 x L (mm)), olenevalt trükkplaadi paksusest.

Avasse siseneva keerme pikkus peaks olema minimaalselt Lmin 4 mm ja maksimaalselt Lmax 8 mm. Parema täpsuse tagamiseks on soovitatav kasutada elektrooniliselt juhitavat kruvikeerajat või elektrilist kruvikeerajat.


Joonis 5. Trükkplaadi paigaldamine E1B moodulile: (a) E1B trükkplaadi kinnitusava koos vahetükiga ja (b) maksimaalne keerme haakimissügavus

PCB paigaldusnõue
1.5 mm sügavused vaheaugud on mõeldud ainult kruvide sisestamise juhikuks ja ei tohiks jõudu rakendada.

Põhitegur on eelpingutamise ja pingutamise ajal lubatud pöördemomendi suurus:

• Eelpingutus = 0.2 ~ 0.3 Nm
• Pingutusmoment = 0.5 Nm max

Joonis 6. Trükkplaadi paigaldamine E1B moodulile: isekeermestava kruvi vertikaalne joondus (a) joondatud ja (b) valesti joondatud.

Mooduli paigaldamine jahutusradiaatorile

Jahutusradiaatori nõue
Jahutusradiaatori pinna seisukord on kogu soojusülekandesüsteemi jaoks ülioluline tegur ja see peab olema jahutusradiaatoriga täielikus kontaktis. Mooduli aluspinna ja jahutusradiaatori pind peavad enne paigaldamist olema ühtlased, puhtad ja saastevabad. See on vajalik tühimike vältimiseks, termilise impedantsi minimeerimiseks, moodulis hajutatava võimsuse maksimeerimiseks ja andmelehel toodud sihtsoojustakistuse saavutamiseks. Jahutusradiaatori pinna omadused peavad saavutama hea soojusjuhtivuse vastavalt standardile DIN 4768−1.

• Karedus (Rz): ≤10 m
• Jahutusradiaatori tasasus 100 mm pikkuse põhjal≤50 m

Termilise liidese materjal (TIM)
Mooduli korpuse ja jahutusradiaatori vahelise termilise liidese materjali valimine on usaldusväärse ja kvaliteetse soojusliku jõudluse saavutamiseks võtmetähtsusega. Termopastat ei ole soovitatav kasutada alusplaadita mooduli (nt E1B) puhul..
Ilma paksu vaskplaadita, mis toimib soojusjaoturina, süvendab termilise määrde väljapumpamise efekt (mooduli korpuse ja jahutusradiaatori vahelise TIM-kihi termilise paisumise ja kokkutõmbumise tõttu toite- või temperatuuritsüklite ajal) tühimike teket TIM-kihis ja avaldab olulist negatiivset mõju mooduli toitetsüklite elueale.

Selle asemel E1B moodulite puhul on tungivalt soovitatav faasimuutusmaterjali kasutav TIM. Joonis 7 näitab 1200 V 100 A poolsildmooduli (UHB100SC12E1BC3N) toitetsüklite tulemusi, kasutades kahte erinevat meetodit: termopasta vs faasimuutusmaterjali. Horisontaalteljel on näidatud tsüklite arv. Vertikaalteljel on näidatud seadme VDS Tj_rise ajal temperatuuril 100 °C. Punane kõver näitab toitetsüklit termopastaga. Sinine kõver näitab toitetsüklit faasimuutusmaterjaliga. Punane kõver saab ulatuda vaid 12,000 1 tsüklini, enne kui toimub termiline läbimurre termopasta väljapumpamise efekti tõttu tekkiva termilise takistuse halvenemise tõttu. Sama E58,000B mooduli puhul, kasutades jahutusradiaatori jaoks faasimuutusmaterjali, parandab TIM toitetsüklite arvu oluliselt üle XNUMX XNUMX tsükli.

Joonis 8 näitab toitetsüklite testi tingimusi ja seadistust. Joonis 7. E1B mooduli toitetsüklite jõudlus. Erineva TIM-iga jahutusradiaatori jaoks: termiline määre vs faasimuutusmaterjal

Joonis 8. E1B mooduli toitetsükli test (a) seadistus ja (b) katsetingimused

Seadistamine	Kirjeldus
DUT	UHB100SC12E1BC3N
Küttemeetod	Pidev alalisvool
Tj tõus	100 °C
Vesijahutusega jahutusradiaatori temperatuur	20 °C
Kuumutamisaeg tsükli kohta	5 s
Jahutusaeg tsükli kohta	26 s
TIM (faasimuutus)	Laird TPCM 7200

Tavaliselt tuleks pärast mehaanilist paigaldamist faasimuutusmaterjali ahjus küpsetada, et TIM saaks oma faasi muuta, et täita mooduli korpuse ja jahutusradiaatori vahelisi mikroskoopilisi tühimikke ning vähendada mooduli korpuse ja jahutusradiaatori vahelist termilist takistust. Ülaltoodud näitesampNagu joonisel 7 ja joonisel 8 näidatud, väheneb seadme ühenduskoha ja vee vaheline termiline takistus pärast 0.52-tunnist kuumutamist temperatuuril 0.42 °C 1 °C/W-lt 65 °C/W-ni. Täpsemate juhiste saamiseks pöörduge TIM-i tarnija poole.

MÄRKUS. Kõiki erinevaid faasimuutusmaterjali tüüpe peaks klient optimaalse jõudluse tagamiseks täiendavalt hindama ja testima, järgides TIM-i (faasimuutusmaterjali) tarnija juhiseid.

Mooduli paigaldamine jahutusradiaatorile
Paigaldusprotseduur on samuti oluline tegur, et tagada mooduli ja jahutusradiaatori efektiivne kontakt faasimuutusmaterjaliga nende vahel. Pange tähele, et jahutusradiaator ja moodul ei tohiks kogu pinna ulatuses kokku puutuda, et vältida kahe komponendi vahelist lokaalset eraldumist. Tabel 2 võtab kokku jahutusradiaatori kinnitamise paigaldusjuhised.

Tabel 2. onsemi SiC E1B MOODULIL JAHUTUSRADI PAIGALDUSSOOVITUSED

Jahutusradiaatori kinnitus	Kirjeldus
Kruvi suurus	M4
Kruvi tüüp	DIN 7984 (ISO 14580) lameda otsakupeaga
Jahutusradiaatori kruvi sügavus	> 6 mm
Vedruluku seib	DIN 128
Lamepesur	DIN 433 (ISO 7092)
Paigaldusmoment	0.8 Nm kuni 1.2 Nm
TIM	Palun vahetage materjali, näiteks Laird Tpcm

Muud paigalduskaalutlused

Arvesse tuleks võtta paigaldatud mooduli üldist süsteemi. Kui moodul on jahutusradiaatori ja trükkplaadi külge õigesti kinnitatud, saavutatakse toote üldine jõudlus.
Kuna trükkplaat on joodetud ainult mooduli külge, tuleb vibratsiooni minimeerimiseks võtta asjakohaseid meetmeid.
Nõrkade joodetud klemmide kasutamist tuleb vältida. Üksikuid tihvte saab koormata ainult jahutusradiaatoriga risti maksimaalse rõhu ja pingega ning trükkplaadi ja jahutusradiaatori vahelise piisava vahemaa hindamine tuleb läbi viia kliendi rakenduse poolt.

Trükkplaadile ja moodulile avalduva mehaanilise pinge minimeerimiseks, eriti kui trükkplaadil on rasked komponendid, on soovitatav kasutada vaheposti. vaata joonist 9.

Joonis 9. E1B mooduli trükkplaat ja jahutusradiaatori kinnitus vahepostiga

Soovitatav kaugus (X) vaheposti ja trükkplaadi kinnitusava serva vahel on ≤ 50 mm.
Kui samale trükkplaadile on paigaldatud mitu moodulit, võib moodulite kõrguse erinevus põhjustada jootekohale mehaanilisi pingeid. Pinge minimeerimiseks on vahepostide soovitatav kõrgus (H) 12.10 (±0.10) mm.

Kliirensi ja roomepunkti nõue

Mooduli ja trükkplaadi vaheline mehaaniline vahekaugus peab vastama standardi IEC 60664-1 3. revisjonis nõutud vahekaugusele ja roomekaugusele. Joonis 10 näitab illustratsiooni.
Minimaalne vahe on kruvipea ja trükkplaadi alumise pinna vaheline kaugus, mis peab olema piisav, et vältida elektrijuhtivust selles piirkonnas.
Teise võimalusena võib olla vaja rakendada täiendavaid isolatsioonimeetmeid, näiteks trükkplaadi pesa, kate või spetsiaalne potting, et täita asjakohaseid vahekauguse ja roomevoolu standardid.

Joonis 10. Kruvi ja trükkplaadi vaheline kaugus

Kruvi tüüp määrab minimaalse vahe selle ja trükkplaadi vahel. ISO7045 standardile vastava ümarpeaga kruvi, DIN 127B standardile vastava lukustusseibi ja DIN 125A standardile vastava lameda seibi ning kruvikeermega...amp nagu on näidatud joonisel 10, on vahemaa 4.25 mm. Tüüpiline kliirens ja roomevahemik on saadaval andmelehel. Lisateavet mooduli kliirensi või roomevahemiku kohta saate rakenduse toe või müügi- ja turundusosakonnast.

Kõik selles dokumendis esinevad kaubamärgid ja tootenimed on nende vastavate omanike registreeritud kaubamärgid või kaubamärgid.

onsemi, ja muud nimed, kaubamärgid ja kaubamärgid on ettevõtte Semiconductor Components Industries, LLC dba registreeritud ja/või tavaõigusega kaubamärgid. "onsemi" või selle sidusettevõtted ja/või tütarettevõtted Ameerika Ühendriikides ja/või teistes riikides. onsemi omab õigusi mitmetele patentidele, kaubamärkidele, autoriõigustele, ärisaladustele ja muule intellektuaalomandile.
Loend onsemi oma toote/patendi katvusele pääseb juurde aadressil www.onsemi.com/site/pdf/Patent−Marking.pdf. onsemi jätab endale õiguse igal ajal teha muudatusi siin esitatud toodetes või teabes ilma ette teatamata. Siin esitatud teave on esitatud "sellisena" ja onsemi ei anna mingit garantiid, esindust ega garantiid teabe täpsuse, tooteomaduste, saadavuse, funktsionaalsuse või oma toodete sobivuse kohta mingil konkreetsel eesmärgil ega onsemi võtma endale mis tahes vastutuse, mis tuleneb mis tahes toote või vooluringi rakendusest või kasutamisest, ning loobub konkreetselt igasugusest vastutusest, sealhulgas ilma piiranguteta eri-, kaudsed või juhuslikud kahjud. Ostja vastutab oma toodete ja rakenduste kasutamise eest onsemi tooteid, sealhulgas vastavust kõikidele seadustele, määrustele ja ohutusnõuetele või standarditele, olenemata mis tahes tugi- või rakendusteabest, mida pakub onsemi. "Tüüpilised" parameetrid, mida võidakse esitada onsemi andmelehed ja/või spetsifikatsioonid võivad erinevates rakendustes erineda ja erinevad ning tegelik jõudlus võib aja jooksul erineda. Kliendi tehnilised eksperdid peavad iga kliendirakenduse jaoks kinnitama kõik tööparameetrid, sealhulgas “Tüüpilised parameetrid”. onsemi ei anna edasi ühtegi litsentsi oma intellektuaalomandi õiguste ega teiste õiguste alusel. onsemi tooted ei ole kavandatud, ette nähtud ega lubatud kasutamiseks kriitilise komponendina elu toetavates süsteemides või FDA klassi 3 meditsiiniseadmetes või sama või sarnase klassifikatsiooniga meditsiiniseadmetes välisriigi jurisdiktsioonis ega mis tahes seadmetes, mis on ette nähtud inimkehasse implanteerimiseks. Ostja peaks ostma või kasutama onsemi mis tahes sellise tahtmatu või volitamata rakenduse korral hüvitab Ostja hüvitise ja hoiab seda kinni onsemi ja selle ametnikud, töötajad, tütarettevõtted, sidusettevõtted ja turustajad on kahjutud kõikide nõuete, kulude, kahjude ja väljaminekute ning mõistlike advokaaditasude suhtes, mis tulenevad otseselt või kaudselt sellise tahtmatu või volitamata kasutamisega seotud isikukahju või surma nõudest. , isegi kui selline väide seda väidab onsemi oli osa projekteerimise või valmistamise suhtes hooletu. onsemi on võrdsete võimaluste/jaatava tegevuse tööandja. Sellele kirjandusele kehtivad kõik kehtivad autoriõiguse seadused ja seda ei tohi mingil viisil edasi müüa.

LISATEAVE

TEHNILISED PUBLIKATSIOONID:
Tehniline raamatukogu: www.onsemi.com/design/resources/technical−documentation
onsemi Websait: www.onsemi.com
ONLINE TUGI: www.onsemi.com/support
Lisateabe saamiseks võtke ühendust kohaliku müügiesindajaga aadressil www.onsemi.com/support/sales

Dokumendid / Ressursid

onsemi SiC E1B moodulid [pdfKasutusjuhend AND90340-D, SiC E1B moodulid, SiC E1B, moodulid

Viited

• Kasutusjuhend