PDF《模块安装指南》

嘉兴斯达半导体股份有限公司 STARPOWER SEMICONDUCTOR LTD.

Application Note AN8005 V1.1

1 2013-01-30 模块安装指南 经验表明,功率半导体模块的早期失效主要与不正确的安装有关,同时不正确 的安装会导致不必要的过高的结温,这样会大大减少模块的工作寿命.所以模块的 正确安装至关重要. 正确的安装过程一般要按照以下顺序进行:1.清理安装表面;

2.选择合适的安 装位置;

3.涂导热脂;

4.安装紧固模块;

5.连接模块的端子到应用电路. 安装表面的清理 为在功率模块和散热器之间获得最佳热阻,首先,模块基板和散热器应该是完 好无损的,并且表面应被清理和除尘.再者,对于安装表面粗糙度有一定要求,粗 糙度是指每处对表面高度的平均偏离程度,散热片的粗糙度不应超过10μm,在这么 一个范围内,表面凹凸不平在涂敷导热脂以后能够很好地接触在一起,减少接触热 阻.平整度是指相对于参考平面,测试平面在一定范围内的偏离程度,不平整度则 是在10cm的范围内不得大于20μm,如果不平整度超过这个范围,模块紧固后,模块 的基板在垂直方向上会受到不均匀的力,这样一来会导致模块内部受到不均匀的应 力损坏. 安装位置的选择 模块工作时的热阻随着模块的安装位置变化而变化,在安装模块时一定要选择 合适的位置来进行安装. 散热片上只需安装一个模块的时候,应将其放置在散热片的正中心,这样可以 减少其工作热阻. 嘉兴斯达半导体股份有限公司 STARPOWER SEMICONDUCTOR LTD. Application Note AN8005 V1.1

2 2013-01-30 同一散热片上安装多个模块的时候,每一个模块的位置必须根据其在工作时产 生的热量来进行安排,使产生热量较多的模块也能及时散热,模块间的热量分布尽 量一致. 导热脂的涂敷 当模块工作时有很大的散热量时,在模块与散热片之间的空隙必须被填上性能 良好的导热材料.模块基板与散热片之间的热阻会很大,并且与两者的表面粗糙度 密切相关,一般这种专用的导热脂的热阻约为60℃/W/in,而空气的热阻为1200℃ /W/in,可见导热脂的热阻远小于空气的热阻.涂上导热脂以后可以极大地减小接触 热阻,改善模块的散热性能.为了避免在模块和散热片之间产生空隙,我们必须在 两者的接触面涂上导热脂,其主要功能是减小两者之间的接触热阻,形成良好的金 属-金属接触界面. 将功率模块安装到散热器之前,两者中的接触面应涂上一层均匀的尽可能薄的 导热脂,厚度一般控制在50μm到100μm之间.在涂导热脂的时候一定要注意控制导 热脂的厚度,这是因为,如果过厚的话,就会不必要地增加两者的接触热阻,而如 果过少的话,两者的接触面之间就会留有空隙,同样会增加接触热阻.推荐使用无 绒毛的刷子或橡胶轮来完成这一工作,我们应该根据安装面积和两者的表面情况来 计算所需的导热脂的用量,可使用专用的量具来控制用量,在模块的边缘能观察到 导热脂的界线就说明所涂的量就已经足够了, 过多的导热脂应该被按压出来. 嘉兴斯达半导体股份有限公司 STARPOWER SEMICONDUCTOR LTD. Application Note AN8005 V1.1

3 2013-01-30 固定螺栓的安装 在涂好导热脂以后,将模块正确放置在散热片上,注意此后避免任何不必要的 移动,首先将用于紧固的螺栓插入对应螺孔,先用手均匀旋入(力矩约为0.5N.m) , 旋入深度为总深度的一半左右,然后再用工具进行紧固,所有的用于将模块固定在 散热片上的螺栓应该用一致的力矩进行紧固,一般控制在3N.m到6N.m之间,具体大小 可查阅数据手册.应竭力避免重复安装螺栓,每种模块都有一个最大的固定的重复 安装次数. 为了获得好的热接触,螺栓的紧固应按照一定的次序,螺栓的安装应使用特殊 的工具,按照对角线次序进行,同时再安装的时候注意不要破坏导热脂的均匀性, 作为示例,我们推荐按照以下次序紧固这8个螺栓: 用手以大约0.5N.m的力矩按以下次序拧上各螺栓:2→6→3→7→4→8→1→5;

以3N.m到6N.m的力矩按同样次序紧固各螺栓:2→6→3→7→4→8→1→5. 嘉兴斯达半导体股份有限公司 STARPOWER SEMICONDUCTOR LTD. Application Note AN8005 V1.1

4 2013-01-30 当使用电动或气动螺丝起子来进行第一步安装的时候,必须保证力矩不超过 0.5N.m,第二步安装应用手动配合力矩扳手来完成,不论是铜基板还是AlSiC基板, 这么一个安装程序要严格遵循,以使模块的基板和散热片逐步而紧密地与散热片结 合在一起.因为导热脂的渗透作用,在条件允许时,应在数小时之后再次紧固螺栓. 为了将模块正确地固定在散热片上,我们推荐在散热片采用三点式定点固定,如上图所示 采用这种固定方法的时候,务必保证模块的边缘在安装过程中没有被损坏. 同样为了避免有任何额外的力加在端子上,螺栓的插入深度必须加以控制,在 选择用于紧固功率端子的螺栓时,注意螺栓的有效长度应控制在6.5mm到10mm之间, 而且,在计算有效长度的时候,应将母线的厚度加进去.母线与功率端子的连接应 该使其承受尽可能小的力,即使在很恶劣的条件下. 固定 PCB 自攻螺丝的安装 在一部分高度17mm的模块上部设有自攻螺丝安装孔,用于固定PCB板,客户可以 根据自身的实际状况来决定是否启用此安装结构. 与此孔配合的自攻螺丝规格为:M2.

5、螺纹有效长度4-10mm,螺纹有效长度需 嘉兴斯达半导体股份有限公司 STARPOWER SEMICONDUCTOR LTD. Application Note AN8005 V1.1

5 2013-01-30 要根据PCB板的厚度调整,推荐实例如下: PCB厚度 0.5mm 1.0mm 1.5mm 2.0mm 3.0mm 螺纹有效长度 5.0mm 5.0mm 6.0mm 6.0mm 8.0mm 自攻螺丝安装前,确保PCB孔位对准自攻螺丝安装孔,整个过程自攻螺丝竖直安 装,由于自攻螺丝安装孔上部1.5mm的深度为导入孔结构,所以初始PCB厚度加上 1.5mm的距离不需要施加任何力矩,只需要用力压入即可;

完成以上步骤后,即可施 加力矩把自攻螺丝旋入安装孔中,要求整个过程安装力矩不能超过0.5N.m. 自攻螺丝正确安装 自攻螺丝错误安装 在模块上安装螺栓夹 首先应将钩状的螺栓夹穿过模块的相应部位(如图b) ,将螺栓夹插入至其第一 个锁住位置(如图c) ,这样才可以进行后面的操作.然后用力F1(大约10N左右)将 螺栓夹后部下压使其钳在模块的侧面,如图所示. 嘉兴斯达半导体股份有限公司 STARPOWER SEMICONDUCTOR LTD. Application Note AN8005 V1.1

6 2013-01-30 电源母线(Busbar)的安装 为了减小功率端子上的拉力,直流电源母线必须另外通过专门的支柱加以支撑. 如下图所示,功率端子的受力最好沿着与基板垂直的方向,沿着其它方向的力应予 以避免. 这些因素同样在母线的耐力范围中予以考虑 模块端子的受力限制 嘉兴斯达半导体股份有限公司 STARPOWER SEMICONDUCTOR LTD. Application Note AN8005 V1.1

7 2013-01-30 模块的功率端子应避免承受任何方向的大的拉力,应保证安装点是牢固而有效 地,这样安装和应用中相关的力仅作用在模块的固定板上,而不是模块本身. 连接的拉力限制 半桥模块(Half Bridge)模块的安装应保证每一个功率端子承受的拉力不超过 200N,每一个控制端子所承受的拉力不超过50N,如下图所示: 连接的压力限制 半桥模块(HalfBridge)模块的安装应保证每一个功率端子承受的压力不超 过100N,如下图所示: 单个开关(Single Switch)模块的安装应保证每一个功率端子承受压力不超过 200N,如下图所示: 嘉兴斯达半导体股份有限公司 STARPOWER SEMICONDUCTOR LTD. Application Note AN8005 V1.1

8 2013-01-30 其他注意事项:

1、请避免使用过长的螺拴,防止在安装过程中造成螺拴破坏模块内部结构,具 体长度可查阅数据手册.

2、所有固定电源母线和功率端子的螺拴应该用一致的力矩进行紧固,具体大小 可查阅数据手册.

3、主端子、控制端子不要采用回流焊,其它部分焊接时的热量、焊剂、清洗剂 等不要影响到模块.

4、请避免温度、湿度的急剧变化,特别是模块的表面不能结露.

5、不要放在腐蚀性气体,尘埃多的场所.

6、安装IGBT、IC是抗静电能力弱的元件,应避免高压静电加于主端子,控制端 子