Hướng dẫn sử dụng mô-đun onsemi SiC E1B

Phạm vi

onsemi đã tiên phong trong việc giới thiệu SiC JFET trong cấu hình cascode với khả năng tương thích ổ đĩa cổng với Si MOSFET, IGBT và SiC MOSFET, dựa trên ngưỡng 5 V voltage và phạm vi hoạt động của cổng rộng ±25 V.

Các thiết bị này về bản chất có khả năng chuyển mạch rất nhanh, với đặc tính diode thân tuyệt vời. onsemi đã kết hợp các ưu điểmtagThiết bị nguồn dựa trên SiC JFET với gói mô-đun nguồn tiêu chuẩn công nghiệp, E1B, giúp nâng cao hơn nữa mật độ công suất, hiệu quả, hiệu quả về chi phí và dễ sử dụng cho các hệ thống điện công nghiệp.

Ghi chú ứng dụng này giới thiệu hướng dẫn lắp đặt (PCB và tản nhiệt) cho các gói mô-đun nguồn E1B mới nhất của onsemi (nửa cầu và toàn cầu).

QUAN TRỌNG: Snubbers được khuyến khích mạnh mẽ cho các mô-đun SiC E1B do tốc độ chuyển mạch nhanh vốn có của chúng. Ngoài ra, snubber làm giảm đáng kể tổn thất chuyển mạch tắt khiến các mô-đun SiC E1B cực kỳ hấp dẫn trong ZVS (zero voltag(e bật) các ứng dụng chuyển mạch mềm như cầu toàn pha dịch chuyển (PSFB), LLC, v.v.

Sản phẩm này được khuyến nghị sử dụng với vật liệu giao diện nhiệt thay đổi pha và gắn chân hàn, và không được khuyến nghị sử dụng cho các ứng dụng sử dụng phương pháp ép chặt và bôi mỡ tản nhiệt. Vui lòng tham khảo hướng dẫn lắp đặt và tài liệu hướng dẫn sử dụng liên quan đến sản phẩm này để biết thông tin chi tiết.

Ghi chú ứng dụng này cũng cung cấp các liên kết tài nguyên tới các mô hình mô phỏng, hướng dẫn lắp ráp, đặc tính nhiệt, độ tin cậy và tài liệu chứng nhận.

Tài nguyên và tham khảo

1. Mô-đun SiC E1B Kỹ thuậtview
2. Hướng dẫn lắp đặt mô-đun SiC E1B
3. Hướng dẫn sử dụng JFET & Module Cascode SiC
4. Hướng dẫn sử dụng Mô-đun SiC E1B DPT EVB
5. Liên kết mô-đun SiC onsemi: Mô-đun SiC
6. Bộ mô phỏng năng lượng EliteSiC
7. bán thân Trung tâm giải pháp năng lượng SiC
8. Nguồn gốc của SiC JFET và sự phát triển của chúng hướng tới công tắc hoàn hảo

Thông tin mô-đun E1B

Nguyên nhân chính gây ra lỗi mô-đun bán dẫn điện là lắp đặt không đúng cách. Lắp đặt không đúng cách sẽ dẫn đến nhiệt độ mối nối tăng cao hoặc quá mức, điều này sẽ hạn chế đáng kể tuổi thọ hoạt động của mô-đun. Do đó, việc lắp đặt mô-đun đúng cách là rất quan trọng để đạt được khả năng truyền nhiệt đáng tin cậy từ mối nối thiết bị SiC đến kênh làm mát.

Các mô-đun E1B được thiết kế để hàn vào bảng mạch in (PCB) và gắn vào bộ tản nhiệt bằng các vít và vòng đệm lắp ráp sẵn, như thể hiện trong Hình 1 Và Hình 2. Thông tin chi tiết hơn về kích thước và dung sai khi thiết kế phần cứng cho các hệ thống này có thể được tìm thấy trong bảng dữ liệu mô-đun.

Hình 1. Vị trí vít lắp mô-đun (Trên cùng View)

AND90340/D

Hình 2. Lắp ráp mô-đun với PCB và tản nhiệt (Lắp ráp rời) View)

Trình tự lắp đặt được khuyến nghị

onsemi khuyến nghị trình tự lắp đặt sau để có hiệu suất nhiệt và tuổi thọ tốt hơn cho mô-đun SiC E1B:

1. Hàn chân mô-đun vào Bảng mạch in (PCB)
2. Lắp PCB vào mô-đun
3. Lắp mô-đun vào bộ tản nhiệt

Với vít lắp sẵn (kết hợp vít, vòng đệm và vòng đệm khóa), hãy cố định mô-đun vào bộ tản nhiệt bằng mô-men xoắn giới hạn. Cần lưu ý rằng kích thước và bề mặt của bộ tản nhiệt phải được xem xét trong suốt quá trình hàn, vì việc truyền nhiệt thích hợp giữa mặt sau của mô-đun và giao diện bộ tản nhiệt rất quan trọng đối với hiệu suất tổng thể của một gói trong hệ thống (xem Hình 2).

1. Hàn chân mô-đun vào PCB
   Các chân hàn được sử dụng trên mô-đun E1B đã được onsemi kiểm tra và chứng nhận phù hợp với PCB FR4 tiêu chuẩn.
   Nếu PCB yêu cầu quy trình hàn nóng chảy cho các thành phần khác, nên hàn nóng chảy PCB trước khi lắp mô-đun để tránh tiếp xúc với nhiệt độ cao.

Một thợ hàn sóng điển hìnhfile được thể hiện trong Hình 4 và Bảng 1.
Nếu sử dụng các kỹ thuật xử lý khác trong quá trình sản xuất bảng mạch in, cần phải tiến hành thử nghiệm, kiểm tra và chứng nhận bổ sung.

Yêu cầu PCB
PCB FR4 có độ dày tối đa là 2 mm.
Tham khảo IEC 61249−2−7:2002 để kiểm tra xem vật liệu PCB có đáp ứng các yêu cầu tiêu chuẩn hay không.
Người dùng xác định các lớp dẫn điện tối ưu để thiết kế đúng các lớp xếp chồng PCB nhưng cần đảm bảo PCB nhiều lớp tuân theo IEC 60249-2-11 hoặc IEC 60249-2-1
Nếu khách hàng sẽ xem xét PCB hai mặt, hãy tham khảo IEC 60249-2-4 hoặc IEC 60249-2-5

Yêu cầu về chân hàn
Yếu tố chính để đạt được mối hàn có độ tin cậy cao là thiết kế PCB.
Đường kính lỗ mạ xuyên qua trên PCB phải được sản xuất theo kích thước chân hàn (xem Hình 3).

VÀ90340
Nếu thiết kế lỗ PCB không chính xác, có thể xảy ra các vấn đề tiềm ẩn.
Nếu đường kính lỗ cuối cùng quá nhỏ, lỗ có thể không được lắp đúng cách và sẽ khiến các chân cắm bị gãy và làm hỏng PCB.
Nếu đường kính lỗ cuối cùng quá lớn, có thể không mang lại hiệu suất cơ học và điện tốt sau khi hàn. Chất lượng hàn phải tham khảo IPC-A-610.
Các thông số khuyến nghị cho quá trình hàn sóng nhiệt độ profiledựa trên IPC-7530, IPC-9502, IEC 61760-1:2006.

Hình 3. Lắp mô-đun vào PCB trước khi lắp vào bộ tản nhiệt

Hình 4. Sóng hàn Pro điển hìnhfile (Tham khảo EN EN 61760-1:2006)

Bảng 1. ĐIỂN HÌNH SÓNG HÀN PROFILE (Tham khảo EN EN 61760-1:2006)

Chuyên nghiệpfile Tính năng		Hàn SnPb tiêu chuẩn	Hàn không chì (Pb)
Làm nóng trước	Nhiệt độ tối thiểu (Tsmin)	100 °C	100 °C
	Nhiệt độ typ. (Tstyp)	120 °C	120 °C
	Nhiệt độ tối đa (Tsmax)	130 °C	130 °C
	Nhiệt độ tối đa (Tsmax)	70 giây	70 giây
Δ Làm nóng trước đến nhiệt độ tối đa		Tối đa 150 ° C	Tối đa 150 ° C
D Làm nóng trước đến nhiệt độ tối đa		235 °C − 260 °C	250 °C − 260 °C
Thời gian ở nhiệt độ đỉnh (tp)		Tối đa 10 giây, tối đa 5 giây mỗi đợt	Tối đa 10 giây, tối đa 5 giây mỗi đợt
Ramp-Giảm tỷ lệ		~ 2 K/s tối thiểu ~ 3.5 K/s điển hình ~ 5 K/s tối đa	~ 2 K/s tối thiểu ~ 3.5 K/s điển hình ~ 5 K/s tối đa
Thời gian 25 °C đến 25 °C		4 phút	4 phút

Lắp PCB vào Module

Khi PCB được hàn trực tiếp trên đỉnh của mô-đun, ứng suất cơ học đặc biệt xuất hiện trên mối hàn. Để giảm các ứng suất này, có thể sử dụng thêm một vít để cố định PCB vào bốn điểm cách điện của mô-đun, xem Hình 5.
Các mô-đun tương thích với vít tự khai thác (M2.5 x L (mm)), tùy thuộc vào độ dày của PCB.

Chiều dài của ren đi vào lỗ đứng phải có chiều dài tối thiểu là Lmin 4 mm và chiều dài tối đa là Lmax 8 mm. Nên sử dụng tua vít điều khiển điện tử hoặc tua vít điện để đảm bảo độ chính xác tốt hơn.


Hình 5. Lắp PCB trên Mô-đun E1B: (a) Lỗ lắp PCB E1B có Khoảng cách và (b) Độ sâu bắt vít tối đa

Yêu cầu lắp đặt PCB
Các lỗ cách điện có độ sâu 1.5 mm chỉ có tác dụng dẫn hướng cho vít vào và không nên tác dụng bất kỳ lực nào.

Yếu tố chính là lượng mô-men xoắn được phép cho quá trình siết chặt trước và siết chặt:

• Siết chặt trước = 0.2 ~ 0.3 Nm
• Siết chặt = 0.5 Nm Tối đa

Hình 6. Lắp PCB trên Mô-đun E1B: Căn chỉnh theo chiều dọc của Vít tự khai thác (a) Căn chỉnh và (b) Không căn chỉnh.

Lắp mô-đun vào tản nhiệt

Yêu cầu tản nhiệt
Tình trạng bề mặt của bộ tản nhiệt là yếu tố quan trọng đối với toàn bộ hệ thống truyền nhiệt và phải tiếp xúc hoàn toàn với bộ tản nhiệt. Bề mặt đế mô-đun và bề mặt bộ tản nhiệt phải đồng đều, sạch và không bị nhiễm bẩn trước khi lắp đặt. Điều này nhằm ngăn ngừa các lỗ rỗng, giảm thiểu trở kháng nhiệt và tối đa hóa lượng điện năng có thể tiêu tán trong mô-đun và đạt được điện trở nhiệt mục tiêu dựa trên bảng dữ liệu. Chất lượng bề mặt của bộ tản nhiệt là cần thiết để đạt được độ dẫn nhiệt tốt theo DIN 4768−1.

• Độ nhám (Rz): ≤10 m
• Độ phẳng của bộ tản nhiệt dựa trên chiều dài 100 mm: ≤50m

Vật liệu giao diện nhiệt (TIM)
Vật liệu giao diện nhiệt được sử dụng giữa vỏ mô-đun và bộ tản nhiệt là yếu tố quan trọng để đạt được hiệu suất nhiệt đáng tin cậy và chất lượng cao. Không nên sử dụng mỡ tản nhiệt hoặc keo tản nhiệt cho mô-đun không có đế như E1B.
Nếu không có tấm đế đồng dày đóng vai trò là bộ tản nhiệt, hiệu ứng bơm mỡ tản nhiệt (do giãn nở và co lại vì nhiệt của lớp TIM giữa vỏ mô-đun và bộ tản nhiệt trong quá trình cấp nguồn hoặc nhiệt độ) sẽ làm trầm trọng thêm tình trạng hình thành lỗ rỗng trong lớp TIM và có tác động tiêu cực đáng kể đến tuổi thọ cấp nguồn của mô-đun.

Thay vì, TIM sử dụng vật liệu thay đổi pha được khuyến khích mạnh mẽ cho các mô-đun E1B. Hình 7 cho thấy kết quả chu kỳ công suất cho mô-đun cầu bán dẫn 1200 V 100 A (UHB100SC12E1BC3N) sử dụng hai phương pháp khác nhau, mỡ tản nhiệt so với vật liệu thay đổi pha. Trục hoành cho thấy số chu kỳ. Trục tung cho thấy VDS của thiết bị trong Tj_rise ở 100 °C. Đường cong màu đỏ cho thấy chu kỳ công suất với mỡ tản nhiệt. Đường cong màu xanh cho thấy chu kỳ công suất với vật liệu thay đổi pha. Đường cong màu đỏ chỉ có thể đạt tới 12,000 chu kỳ trước khi xảy ra hiện tượng mất kiểm soát nhiệt do suy giảm điện trở nhiệt từ hiệu ứng bơm mỡ tản nhiệt. Đối với cùng một mô-đun E1B, sử dụng vật liệu thay đổi pha cho bộ tản nhiệt TIM cải thiện đáng kể chu kỳ công suất vượt quá 58,000 chu kỳ.

Hình 8 cho thấy điều kiện thử nghiệm chu kỳ công suất và thiết lập Hình 7. Hiệu suất chu kỳ công suất của mô-đun E1B với TIM khác nhau cho Tản nhiệt: Mỡ tản nhiệt so với Vật liệu thay đổi pha

Hình 8. Kiểm tra chu kỳ nguồn điện của mô-đun E1B (a) Thiết lập và (b) Điều kiện kiểm tra

Cài đặt	Sự miêu tả
DUT	UHB100SC12E1BC3N
Phương pháp sưởi ấm	Dòng điện DC không đổi
Tj tăng	100 °C
Nhiệt độ tản nhiệt nước làm mát	20 °C
Thời gian gia nhiệt cho mỗi chu kỳ	5 giây
Thời gian làm mát mỗi chu kỳ	26 giây
TIM (thay đổi pha)	Laird TPCM 7200

Thông thường, sau khi lắp ráp cơ học, vật liệu thay đổi pha phải được nung trong lò để cho phép TIM thay đổi pha của nó nhằm lấp đầy thêm các khoảng trống cực nhỏ giữa vỏ mô-đun và bộ tản nhiệt và giảm điện trở nhiệt từ vỏ mô-đun đến bộ tản nhiệt. Trong ví dụ trênampNhư thể hiện trong Hình 7 và Hình 8, điện trở nhiệt từ mối nối thiết bị đến nước giảm từ 0.52 °C/W xuống 0.42 °C/W sau 1 giờ nung ở 65 °C. Vui lòng tham khảo nhà cung cấp TIM để biết hướng dẫn chi tiết.

GHI CHÚ: Bất kỳ loại vật liệu thay đổi pha nào khác cũng cần được khách hàng đánh giá và thử nghiệm thêm bằng cách làm theo hướng dẫn của nhà cung cấp TIM (vật liệu thay đổi pha) để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

Lắp mô-đun vào tản nhiệt
Quy trình lắp đặt cũng là một yếu tố quan trọng để đảm bảo tiếp xúc hiệu quả giữa mô-đun và bộ tản nhiệt với vật liệu thay đổi pha ở giữa. Lưu ý rằng bộ tản nhiệt và mô-đun không được chạm vào toàn bộ khu vực để tránh sự tách biệt cục bộ giữa hai thành phần. Bảng 2 tóm tắt hướng dẫn lắp đặt để gắn bộ tản nhiệt.

Bảng 2. KHUYẾN NGHỊ LẮP ĐẶT TẢN NHIỆT MÔ-ĐUN E1B onsemi SiC

Lắp đặt tản nhiệt	Sự miêu tả
Kích thước vít	M4
Loại vít	Đầu ổ cắm phẳng DIN 7984 (ISO 14580)
Độ sâu của vít trong tản nhiệt	> 6mm
Máy giặt khóa mùa xuân	Tiêu chuẩn 128
Máy giặt phẳng	Tiêu chuẩn DIN 433 (ISO 7092)
Gắn mô-men xoắn	0.8 Nm đến 1.2 Nm
TIM	Vui lòng thay đổi tài liệu, chẳng hạn như Laird Tpcm

Những cân nhắc khác khi lắp đặt

Cần xem xét toàn bộ hệ thống của mô-đun được gắn. Nếu mô-đun được gắn đúng cách vào bộ tản nhiệt và bảng mạch, hiệu suất chung của sản phẩm sẽ đạt được.
Phải thực hiện các biện pháp thích hợp để giảm thiểu độ rung vì PCB chỉ được hàn vào mô-đun.
Phải tránh các đầu nối hàn yếu. Các chân riêng lẻ chỉ có thể được tải vuông góc với bộ tản nhiệt với áp suất, độ căng tối đa và khoảng cách thích hợp giữa PCB và bộ tản nhiệt cần được đánh giá theo ứng dụng của khách hàng.

Để giảm thiểu ứng suất cơ học trên PCB và mô-đun, đặc biệt khi PCB có linh kiện nặng, nên sử dụng trụ cách điện. xem Hình 9.

Hình 9. PCB mô-đun E1B và lắp tản nhiệt với thanh Space

Kích thước khuyến nghị (X) giữa trụ không gian và cạnh của lỗ lắp PCB là ≤ 50 mm.
Trong trường hợp nhiều mô-đun được gắn trên cùng một PCB, sự thay đổi chiều cao giữa các mô-đun có thể dẫn đến ứng suất cơ học trên mối hàn. Để giảm thiểu ứng suất, chiều cao khuyến nghị (H) của các trụ không gian là 12.10 (±0.10) mm.

Yêu cầu về khoảng hở và độ rò rỉ

Khoảng cách cơ học giữa cụm mô-đun và PCB phải đáp ứng khoảng cách hở và khoảng cách rò rỉ theo yêu cầu của IEC 60664-1 Phiên bản 3. Hình 10 hiển thị hình minh họa.
Khoảng cách tối thiểu là khoảng cách giữa đầu vít và bề mặt dưới của PCB phải đủ để ngăn ngừa hiện tượng dẫn điện ở khu vực này.
Ngoài ra, có thể cần phải thực hiện các biện pháp cách điện bổ sung như khe cắm PCB, lớp phủ hoặc lớp phủ đặc biệt để đáp ứng các tiêu chuẩn về khoảng cách rò rỉ và khe hở thích hợp.

Hình 10. Khoảng cách giữa vít và PCB

Loại vít xác định khoảng hở tối thiểu giữa nó và PCB. Với vít đầu chảo theo ISO7045, vòng đệm khóa theo DIN 127B và vòng đệm phẳng DIN 125A, và clamp được hiển thị trong Hình 10, khoảng cách sẽ là 4.25 mm. Khoảng hở và độ rò rỉ điển hình có sẵn trong bảng dữ liệu. Để biết thêm chi tiết về khoảng hở hoặc độ rò rỉ của mô-đun, vui lòng liên hệ với bộ phận hỗ trợ ứng dụng hoặc bộ phận bán hàng và tiếp thị.

Tất cả các tên thương hiệu và tên sản phẩm xuất hiện trong tài liệu này đều là thương hiệu đã đăng ký hoặc thương hiệu của chủ sở hữu tương ứng.

bán, và các tên, nhãn hiệu và nhãn hiệu khác đã được đăng ký và/hoặc nhãn hiệu thông luật của Semiconductor Components Industries, LLC dba “onemi” hoặc các chi nhánh và/hoặc công ty con của nó tại Hoa Kỳ và/hoặc các quốc gia khác. bán thân sở hữu quyền đối với một số bằng sáng chế, nhãn hiệu, bản quyền, bí mật thương mại và các tài sản trí tuệ khác.
Một danh sách của onsemi's phạm vi bảo hiểm sản phẩm/bằng sáng chế có thể được truy cập tại www.onsemi.com/site/pdf/Patent−Marking.pdf. bán thân có quyền thực hiện các thay đổi bất cứ lúc nào đối với bất kỳ sản phẩm hoặc thông tin nào trong tài liệu này mà không cần thông báo trước. Thông tin trong tài liệu này được cung cấp “nguyên trạng” và bán thân không bảo đảm, tuyên bố hay đảm bảo về tính chính xác của thông tin, tính năng sản phẩm, tính sẵn có, chức năng hoặc sự phù hợp của sản phẩm cho bất kỳ mục đích cụ thể nào, cũng như không bán thân chịu mọi trách nhiệm pháp lý phát sinh từ việc ứng dụng hoặc sử dụng bất kỳ sản phẩm hoặc mạch điện nào, đồng thời từ chối bất kỳ và mọi trách nhiệm pháp lý cụ thể, bao gồm nhưng không giới hạn các thiệt hại đặc biệt, do hậu quả hoặc ngẫu nhiên. Người mua chịu trách nhiệm về các sản phẩm và ứng dụng của mình bằng cách sử dụng bán thân sản phẩm, bao gồm việc tuân thủ tất cả các luật, quy định và yêu cầu hoặc tiêu chuẩn an toàn, bất kể mọi thông tin hỗ trợ hoặc ứng dụng được cung cấp bởi onsemi. Các thông số “điển hình” có thể được cung cấp trong bán thân bảng dữ liệu và/hoặc thông số kỹ thuật có thể và thực sự khác nhau trong các ứng dụng khác nhau và hiệu suất thực tế có thể thay đổi theo thời gian. Tất cả các thông số vận hành, bao gồm cả “Thông số điển hình” phải được các chuyên gia kỹ thuật của khách hàng xác nhận cho từng ứng dụng của khách hàng. bán thân không truyền đạt bất kỳ giấy phép nào theo bất kỳ quyền sở hữu trí tuệ nào của mình cũng như quyền của người khác. bán thân các sản phẩm không được thiết kế, dự định hoặc được phép sử dụng như một bộ phận quan trọng trong hệ thống hỗ trợ sự sống hoặc bất kỳ thiết bị y tế Loại 3 nào của FDA hoặc các thiết bị y tế có phân loại tương tự hoặc tương tự ở khu vực pháp lý nước ngoài hoặc bất kỳ thiết bị nào nhằm mục đích cấy ghép vào cơ thể con người. Người mua nên mua hay sử dụng bán thân sản phẩm cho bất kỳ ứng dụng ngoài ý muốn hoặc trái phép nào như vậy, Người mua sẽ bồi thường và giữ bán thân và các cán bộ, nhân viên, công ty con, chi nhánh và nhà phân phối của nó không bị tổn hại trước mọi khiếu nại, chi phí, thiệt hại và chi phí cũng như phí luật sư hợp lý phát sinh từ, trực tiếp hoặc gián tiếp, bất kỳ khiếu nại nào về thương tích cá nhân hoặc tử vong liên quan đến việc sử dụng ngoài ý muốn hoặc trái phép đó , ngay cả khi khiếu nại đó cáo buộc rằng bán thân đã sơ suất trong việc thiết kế hoặc sản xuất bộ phận đó. bán thân là Nhà tuyển dụng có Cơ hội Bình đẳng/Hành động Khẳng định. Tài liệu này tuân theo tất cả các luật bản quyền hiện hành và không được bán lại dưới bất kỳ hình thức nào.

THÔNG TIN BỔ SUNG

CÔNG BỐ KỸ THUẬT:
Thư viện kỹ thuật: www.onsemi.com/design/resources/technology−documentation
bán thân Webđịa điểm: www.onsemi.com
HỖ TRỢ TRỰC TUYẾN: www.onsemi.com/support
Để biết thêm thông tin, vui lòng liên hệ với Đại diện bán hàng địa phương của bạn theo số www.onsemi.com/support/sale

Tài liệu / Tài nguyên

Mô-đun Onsemi SiC E1B [tập tin pdf] Hướng dẫn sử dụng AND90340-D, Mô-đun SiC E1B, SiC E1B, Mô-đun

Tài liệu tham khảo

• Hướng dẫn sử dụng