Panduan Pengguna Modul SiC E1B onsemi

Panduan Pengguna Modul SiC E1B onsemi

Cakupan

onsemi telah memelopori pengenalan SiC JFET dalam konfigurasi cascode dengan kompatibilitas gate drive ke Si MOSFET, IGBT, dan SiC MOSFET, berdasarkan tegangan ambang batas 5 V.tage dan jangkauan operasi gerbang lebar ±25 V.

Perangkat ini secara inheren memiliki peralihan yang sangat cepat, dengan karakteristik dioda bodi yang sangat baik. onsemi telah menggabungkan keunggulantagPerangkat daya berbasis SiC JFET dengan paket modul daya standar industri, E1B, untuk lebih meningkatkan kepadatan daya, efisiensi, efektivitas biaya, dan kemudahan penggunaan untuk sistem daya industri.

Catatan aplikasi ini memperkenalkan panduan pemasangan (PCB dan heatsink) untuk paket modul daya E1B terbaru onsemi (setengah jembatan dan jembatan penuh).

PENTING: Snubber sangat direkomendasikan untuk modul SiC E1B karena kecepatan switching cepat intrinsiknya. Selain itu, snubber sangat mengurangi kehilangan switching turn-off sehingga membuat modul SiC E1B sangat menarik dalam ZVS (voltage nol).tagAplikasi soft-switching (pengaktifan) seperti jembatan penuh yang digeser fasa (PSFB), LLC, dan lain-lain.

Produk ini direkomendasikan untuk digunakan dengan pemasangan pin solder dan material antarmuka termal perubahan fase, dan tidak direkomendasikan untuk penerapan yang menggunakan pemasangan tekan dan aplikasi pelumas termal. Silakan lihat panduan pemasangan dan dokumen panduan pengguna yang terkait dengan produk ini untuk informasi terperinci.

Catatan aplikasi ini juga menyediakan tautan sumber daya ke model simulasi, pedoman perakitan, karakteristik termal, keandalan, dan dokumen kualifikasi.

Sumber dan Referensi

1. Modul SiC E1B Teknis Lebih Lanjutview
2. Panduan Pemasangan Modul SiC E1B
3. Panduan Pengguna JFET SiC Cascode & Modul
4. Panduan Pengguna Modul SiC E1B DPT EVB
5. Tautan Modul SiC onsemi: Modul SiC
6. Simulator Daya EliteSiC
7. onsemi Pusat solusi daya SiC
8. Asal Mula JFET SiC dan Evolusinya Menuju Switch yang Sempurna

Informasi Modul E1B

Penyebab utama kegagalan modul semikonduktor daya adalah pemasangan yang tidak tepat. Pemasangan yang buruk akan mengakibatkan suhu sambungan yang tinggi atau berlebihan, yang akan secara signifikan membatasi masa pakai modul. Akibatnya, pemasangan modul yang tepat sangat penting untuk mencapai perpindahan panas yang andal dari sambungan perangkat SiC ke saluran pendingin.

Modul E1B dirancang untuk disolder ke papan sirkuit cetak (PCB) dan dipasang ke heat sink dengan sekrup dan ring yang telah dirakit sebelumnya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 Dan Gambar 2Informasi lebih lengkap tentang dimensi dan toleransi untuk merancang perangkat keras untuk sistem ini dapat ditemukan di lembar data modul.

Gambar 1. Lokasi Sekrup Pemasangan Modul (Atas) View)

DAN90340/D

Gambar 2. Pemasangan Modul dengan PCB dan Heatsink (Rakitan Meledak) View)

Urutan Pemasangan yang Direkomendasikan

onsemi merekomendasikan urutan pemasangan berikut untuk kinerja termal dan masa pakai modul SiC E1B yang lebih baik:

1. Solder pin modul ke Papan Sirkuit Cetak (PCB)
2. Pasang PCB ke modul
3. Pasang modul ke unit pendingin

Dengan sekrup yang telah dirakit sebelumnya (gabungkan sekrup, ring, dan ring pengunci), kencangkan modul ke unit pendingin menggunakan torsi pembatas. Perlu dicatat bahwa ukuran dan permukaan unit pendingin harus dipertimbangkan selama proses penyolderan, karena perpindahan panas yang tepat antara bagian belakang modul dan antarmuka unit pendingin sangat penting untuk kinerja keseluruhan paket dalam suatu sistem (lihat Gambar 2).

1. Solder Pin Modul ke PCB
   Pin Solderable yang digunakan pada modul E1B telah diperiksa dan memenuhi syarat oleh onsemi untuk PCB FR4 standar.
   Jika PCB memerlukan proses penyolderan reflow untuk komponen lain, disarankan untuk melakukan reflow pada PCB sebelum memasang modul guna menghindari paparan suhu tinggi.

Seorang profesional penyolderan gelombang yang khasfile ditunjukkan pada Gambar 4 dan Tabel 1.
Jika teknik penanganan lain digunakan dalam pembuatan papan sirkuit cetak, pengujian, inspeksi, dan sertifikasi tambahan diperlukan.

Persyaratan PCB
PCB FR4 dengan ketebalan maksimum 2 mm.
Lihat IEC 61249−2−7:2002 untuk memeriksa apakah material PCB memenuhi persyaratan standar.
Pengguna untuk menentukan lapisan konduktif optimal untuk desain lapisan tumpukan PCB yang tepat tetapi perlu memastikan PCB multi lapis mengikuti IEC 60249-2-11 atau IEC 60249-2-1
Jika pelanggan akan mempertimbangkan PCB dua sisi, lihat IEC 60249-2-4 atau IEC 60249-2-5

Persyaratan Pin Solder
Faktor kunci untuk mencapai sambungan solder dengan keandalan tinggi adalah desain PCB.
Diameter lubang berlapis pada PCB harus diproduksi sesuai dengan dimensi pin solder (lihat Gambar 3).

DAN90340
Jika desain lubang PCB tidak benar, masalah potensial dapat terjadi.
Jika diameter lubang akhir terlalu kecil, lubang tersebut mungkin tidak dapat dimasukkan dengan benar dan akan menyebabkan pin patah dan merusak PCB.
Jika diameter lubang akhir terlalu besar, kinerja mekanik dan listriknya mungkin tidak baik setelah penyolderan. Kualitas solder harus mengacu pada IPC-A-610.
Parameter yang direkomendasikan untuk suhu proses penyolderan gelombangfiledidasarkan pada IPC-7530, IPC-9502, IEC 61760-1:2006.

Gambar 3. Pemasangan Modul ke PCB Sebelum Pemasangan ke Heat Sink

Gambar 4. Tipikal Penyolderan Gelombangfile (Referensi EN EN 61760-1:2006)

Tabel 1. PROSES SOLDER GELOMBANG UMUMFILE (Referensi EN EN 61760-1:2006)

Memasang PCB ke Modul

Bila PCB disolder langsung pada bagian atas modul, tekanan mekanis akan muncul terutama pada sambungan solder. Untuk mengurangi tekanan ini, sekrup tambahan dapat digunakan untuk memasang PCB ke empat penyangga modul, lihat Gambar 5.
Modul ini kompatibel dengan sekrup sadap sendiri (M2.5 x L (mm)), tergantung pada ketebalan PCB.

Panjang ulir yang masuk ke lubang penahan harus minimal Lmin 4 mm dan maksimal Lmax 8 mm. Sebaiknya gunakan obeng yang dikontrol secara elektronik atau obeng elektrik untuk memastikan akurasi yang lebih baik.


Gambar 5. Pemasangan PCB pada Modul E1B: (a) Lubang Pemasangan PCB E1B dengan Standoff, dan (b) Kedalaman Penempelan Ulir Sekrup Maksimum

Persyaratan Pemasangan PCB
Kedalaman lubang penahan 1.5 mm berfungsi sebagai pemandu masuk sekrup saja dan tidak boleh memberikan gaya apa pun.

Faktor kunci adalah jumlah torsi yang diizinkan untuk proses pra-pengencangan dan pengencangan:

• Pra-pengencangan = 0.2 ~ 0.3 Nm
• Pengencangan = 0.5 Nm Maksimal

Gambar 6. Pemasangan PCB pada Modul E1B: Penjajaran Vertikal Sekrup Sadap Sendiri (a) Sejajar, dan (b) Tidak Sejajar.

Pemasangan Modul ke Heatsink

Persyaratan Heatsink
Kondisi permukaan heatsink merupakan faktor penting pada keseluruhan sistem perpindahan panas dan harus bersentuhan penuh dengan heatsink. Permukaan substrat modul dan permukaan heatsink harus seragam, bersih, dan bebas dari kontaminasi sebelum dipasang. Hal ini dilakukan untuk mencegah terbentuknya rongga, meminimalkan impedansi termal, dan memaksimalkan jumlah daya yang dapat dihamburkan dalam modul serta mencapai target resistansi termal berdasarkan lembar data. Kualitas permukaan heatsink diperlukan untuk mencapai konduktivitas termal yang baik sesuai dengan DIN 4768−1.

• Kekasaran (Rz): 10 m
• Kerataan heatsink berdasarkan panjang 100 mm: ≤50mXNUMX

Bahan Antarmuka Termal (TIM)
Bahan antarmuka termal yang digunakan antara casing modul dan unit pendingin adalah kunci untuk mencapai kinerja termal yang andal dan berkualitas tinggi. Pelumas termal atau pasta termal tidak direkomendasikan untuk modul tanpa pelat dasar seperti E1B.
Tanpa pelat dasar tembaga tebal yang berfungsi sebagai penyebar panas, efek pemompaan pelumas termal (akibat ekspansi dan kontraksi termal lapisan TIM antara casing modul dan unit pendingin selama siklus daya atau siklus suhu) memperburuk pembentukan rongga dalam lapisan TIM dan memiliki dampak negatif signifikan terhadap masa pakai siklus daya modul.

Alih-alih, TIM yang menggunakan material pengubah fase sangat disarankan untuk modul E1B. Gambar 7 menunjukkan hasil siklus daya untuk modul setengah jembatan 1200 V 100 A (UHB100SC12E1BC3N) menggunakan dua metode berbeda, pelumas termal vs material pengubah fase. Sumbu horizontal menunjukkan jumlah siklus. Sumbu vertikal menunjukkan perangkat VDS selama Tj_rise pada 100 °C. Kurva merah menunjukkan siklus daya dengan pelumas termal. Kurva biru menunjukkan siklus daya dengan material pengubah fase. Kurva merah hanya dapat mencapai 12,000 siklus sebelum thermal runaway terjadi karena degradasi resistansi termal dari efek pemompaan pelumas termal. Untuk modul E1B yang sama, penggunaan material pengubah fase untuk heatsink TIM secara signifikan meningkatkan siklus daya di atas 58,000 siklus.

Gambar 8 menunjukkan kondisi pengujian siklus daya dan pengaturan Gambar 7. Kinerja Siklus Daya Modul E1B dengan TIM yang Berbeda untuk Heatsink: Pelumas Termal vs Material Perubahan Fase

Gambar 8. Uji Siklus Daya Modul E1B (a) Pengaturan, dan (b) Kondisi Uji

Biasanya, setelah pemasangan mekanis, material pengubah fase harus dipanggang dalam oven agar TIM dapat mengubah fasenya untuk lebih mengisi rongga mikroskopis antara casing modul dan heatsink serta mengurangi resistansi termal dari casing modul ke heatsink. Dalam contoh di atasampSeperti yang ditunjukkan pada Gambar 7 dan Gambar 8, resistansi termal dari sambungan perangkat ke air berkurang dari 0.52 °C/W menjadi 0.42 °C/W setelah 1 jam pemanggangan pada suhu 65 °C. Silakan hubungi pemasok TIM untuk petunjuk terperinci.

CATATAN: Setiap jenis material pengubah fase yang berbeda harus dievaluasi dan diuji lebih lanjut oleh pelanggan dengan mengikuti instruksi dari vendor TIM (material pengubah fase) untuk memastikan kinerja yang optimal.

Pemasangan Modul ke Heatsink
Prosedur pemasangan juga merupakan faktor penting untuk menjamin kontak yang efektif antara modul dan unit pendingin dengan material pengubah fase di antaranya. Perhatikan bahwa unit pendingin dan modul tidak boleh bersentuhan di seluruh area untuk menghindari pemisahan lokal antara kedua komponen. Tabel 2 merangkum panduan pemasangan untuk pemasangan unit pendingin.

Tabel 2. REKOMENDASI ​​PEMASANGAN HEATSINK MODUL SiC E1B onsemi

Pertimbangan Pemasangan Lainnya

Sistem keseluruhan modul yang dipasang harus dipertimbangkan. Jika modul terpasang dengan benar pada heat sink dan papan sirkuit, kinerja keseluruhan produk akan tercapai.
Tindakan yang tepat harus diambil untuk meminimalkan getaran karena PCB hanya disolder ke modul.
Terminal yang disolder dengan lemah harus dihindari. Pin individual hanya dapat dimuat tegak lurus ke unit pendingin dengan tekanan dan tegangan maksimum, dan jarak yang memadai antara PCB dan unit pendingin perlu dievaluasi berdasarkan aplikasi pelanggan.

Untuk meminimalkan tekanan mekanis pada PCB dan modul, terutama bila PCB memiliki komponen yang berat, disarankan untuk menggunakan space post, lihat Gambar 9.

Gambar 9. Pemasangan PCB dan Heatsink Modul E1B dengan Space Post

Dimensi yang disarankan (X) antara tiang spasi dan tepi lubang pemasangan PCB adalah ≤ 50 mm.
Jika beberapa modul dipasang pada PCB yang sama, variasi ketinggian antar modul dapat mengakibatkan tekanan mekanis pada sambungan solder. Untuk meminimalkan tekanan, tinggi (H) tiang spasi yang direkomendasikan adalah 12.10 (±0.10) mm.

Persyaratan Izin dan Perambatan

Jarak mekanis rakitan antara modul dan PCB harus memenuhi jarak bebas dan jarak rambat yang disyaratkan oleh IEC 60664-1 Revisi 3. Gambar 10 memperlihatkan ilustrasinya.
Jarak bebas minimum adalah jarak antara kepala sekrup dan permukaan bawah PCB harus memiliki jarak yang cukup untuk mencegah konduktivitas listrik di area ini.
Sebagai alternatif, tindakan isolasi tambahan seperti slot PCB, pelapisan atau penempatan khusus mungkin perlu diterapkan untuk memenuhi standar jarak bebas dan jarak rambat yang tepat.

Gambar 10. Jarak antara Sekrup dan PCB

Jenis sekrup menentukan celah jarak bebas minimum antara sekrup dan PCB. Dengan sekrup kepala pan sesuai dengan ISO7045, ring pengunci sesuai dengan DIN 127B dan ring datar DIN 125A, dan clamp yang ditunjukkan pada Gambar 10, jaraknya adalah 4.25 mm. Jarak bebas dan jarak rambat yang umum tersedia dalam lembar data. Rincian lebih lanjut tentang jarak bebas atau jarak rambat modul dapat menghubungi bagian dukungan aplikasi atau bagian penjualan dan pemasaran.

Semua nama merek dan nama produk yang muncul dalam dokumen ini adalah merek dagang terdaftar atau merek dagang dari pemiliknya masing-masing.

onsemi, , dan nama, merek, dan merek lain adalah merek dagang terdaftar dan/atau hukum umum dari Industri Komponen Semikonduktor, LLC dba “onsemi” atau afiliasi dan/atau anak perusahaannya di Amerika Serikat dan/atau negara lain. onsemi memiliki hak atas sejumlah paten, merek dagang, hak cipta, rahasia dagang, dan kekayaan intelektual lainnya.
Sebuah daftar onsemi Cakupan produk/paten dapat diakses di www.onsemi.com/site/pdf/Patent−Marking.pdf. onsemi berhak untuk melakukan perubahan sewaktu-waktu terhadap produk atau informasi apa pun di sini, tanpa pemberitahuan. Informasi di sini disediakan “apa adanya” dan onsemi tidak memberikan jaminan, representasi atau garansi mengenai keakuratan informasi, fitur produk, ketersediaan, fungsionalitas, atau kesesuaian produknya untuk tujuan tertentu, juga tidak onsemi menanggung segala tanggung jawab yang timbul dari penerapan atau penggunaan produk atau rangkaian apa pun, dan secara khusus melepaskan segala dan semua tanggung jawab, termasuk namun tidak terbatas pada kerusakan khusus, konsekuensial atau insidental. Pembeli bertanggung jawab atas produk dan aplikasinya dengan menggunakan onsemi produk, termasuk kepatuhan terhadap semua undang-undang, peraturan, dan persyaratan atau standar keselamatan, terlepas dari dukungan atau informasi aplikasi apa pun yang diberikan oleh onsemi. Parameter “Tipikal” yang mungkin disediakan dalam onsemi lembar data dan/atau spesifikasi dapat dan memang bervariasi dalam berbagai aplikasi dan kinerja aktual dapat bervariasi dari waktu ke waktu. Semua parameter pengoperasian, termasuk "Tipikal" harus divalidasi untuk setiap aplikasi pelanggan oleh pakar teknis pelanggan. onsemi tidak menyerahkan lisensi apa pun berdasarkan hak kekayaan intelektualnya maupun hak orang lain. onsemi produk tidak dirancang, dimaksudkan, atau diotorisasi untuk digunakan sebagai komponen penting dalam sistem pendukung kehidupan atau perangkat medis Kelas 3 FDA atau perangkat medis dengan klasifikasi yang sama atau serupa di yurisdiksi asing atau perangkat apa pun yang dimaksudkan untuk ditanamkan ke dalam tubuh manusia. Jika Pembeli membeli atau menggunakan onsemi produk untuk aplikasi apa pun yang tidak disengaja atau tidak sah, Pembeli harus mengganti kerugian dan menahan onsemi dan para pejabat, karyawan, anak perusahaan, afiliasi, dan distributornya dari semua tuntutan, biaya, kerusakan, dan pengeluaran, dan biaya pengacara yang wajar yang timbul dari, secara langsung atau tidak langsung, setiap tuntutan cedera pribadi atau kematian yang terkait dengan penggunaan yang tidak diinginkan atau tidak sah tersebut, bahkan jika tuntutan tersebut menyatakan bahwa onsemi lalai mengenai desain atau pembuatan bagian tersebut. onsemi adalah Pemberi Kerja Kesempatan yang Setara/Tindakan Afirmatif. Literatur ini tunduk pada semua undang-undang hak cipta yang berlaku dan tidak untuk dijual kembali dengan cara apa pun.

INFORMASI TAMBAHAN

PUBLIKASI TEKNIS:
Perpustakaan Teknis: www.onsemi.com/design/resources/technical−documentation
onsemi Weblokasi: www.onsemi.com
DUKUNGAN ONLINE: www.onsemi.com/support
Untuk informasi tambahan, silakan hubungi Sales Representative setempat Anda di www.onsemi.com/support/sales