onsemi SiC E1B Modules Giya sa Gumagamit

Kasangkaran

Ang onsemi nagpayunir sa pagpaila sa SiC JFETs sa usa ka cascode configuration nga adunay gate drive compatibility sa Si MOSFETs, IGBTs, ug SiC MOSFETs, base sa 5 V threshold voltage ug lapad nga gate operating range nga ± 25 V.

Kini nga mga aparato kay paspas kaayo nga pagbalhin, nga adunay maayo kaayo nga mga kinaiya sa diode sa lawas. onsemi naghiusa sa advantageous SiC JFET based power device nga adunay industry standard power module package, E1B, aron mapalambo pa ang power density, efficiency, cost-effectiveness, ug kasayon ​​sa paggamit alang sa industriyal nga mga sistema sa kuryente.

Kini nga nota sa aplikasyon nagpaila sa mounting guideline (PCB ug heatsink) para sa onsemi's pinakabag-o nga E1B power module packages (half-bridge ug full bridge).

IMPORTANTE: Ang mga snubber kusganong girekomenda alang sa SiC E1B modules tungod sa ilang intrinsic fast-switching speed. Usab, ang snubber makapakunhod pag-ayo sa turn-off switching loss nga naghimo sa SiC E1B modules nga hilabihan ka madanihon sa ZVS (zero voltage turn-on) soft-switching nga mga aplikasyon sama sa phase-shifted full-bridge (PSFB), LLC, ug uban pa.

Kini nga produkto girekomendar nga gamiton uban sa solder pin attach ug phase change thermal interface nga mga materyales, ug dili girekomendar para sa mga pagpatuman gamit ang press fit ug paggamit sa thermal grease. Palihog tan-awa ang mounting guidelines ug user guide documents nga nalangkit niini nga produkto para sa detalyadong impormasyon.

Kini nga nota sa aplikasyon naghatag usab ug mga link sa kapanguhaan sa mga modelo sa simulation, mga panudlo sa pagpupulong, mga kinaiya sa thermal, kasaligan, ug mga dokumento sa kwalipikasyon.

Kapanguhaan ug Reperensya

1. Ang SiC E1B nga mga Module sa Teknikalview
2. Giya sa Pag-mount sa mga Module sa SiC E1B
3. SiC Cascode JFET & Giya sa Gumagamit sa Module
4. SiC E1B Modules DPT EVB Giya sa Gumagamit
5. onsemi SiC Module Link: Mga Module sa SiC
6. EliteSiC Power Simulator
7. onsemi SiC power solution central hub
8. Mga Sinugdanan sa SiC JFET ug Ilang Ebolusyon Ngadto sa Hingpit nga Pagbalhin

Impormasyon sa E1B Module

Ang nag-unang hinungdan sa pagkapakyas sa power semiconductor module mao ang dili husto nga pag-mount. Ang dili maayo nga pag-mount moresulta sa pagtaas o sobra nga temperatura sa junction, nga labi nga maglimite sa tibuuk nga kinabuhi sa module. Ingon usa ka sangputanan, ang husto nga pag-install sa module hinungdanon aron makab-ot ang kasaligan nga pagbalhin sa kainit gikan sa junction sa aparato sa SiC hangtod sa channel sa pagpabugnaw.

Ang mga module sa E1B gilaraw nga ibaligya sa usa ka giimprinta nga circuit board (PCB) ug gilakip sa usa ka heat sink nga adunay mga pre-assembled screw ug washers, ingon sa gipakita sa Hulagway 1 ug Hulagway 2. Ang mas halapad nga impormasyon sa mga sukod ug mga pagtugot alang sa pagdesinyo sa hardware alang niini nga mga sistema makita sa mga datasheet sa module.

Figure 1. Lokasyon sa Module Mounting Screw (Itaas View)

UG90340/D

Figure 2. Module Mounting nga adunay PCB ug Heatsink (Assembly Exploded View)

Girekomenda nga Pagsunod-sunod sa Pag-mount

Girekomenda ni onsemi ang pagsunod sa sunod-sunod nga pag-mount alang sa mas maayo nga performance sa thermal ug tibuok kinabuhi sa module sa SiC E1B:

1. Solder ang module pin sa Printed Circuit Board (PCB)
2. I-mount ang PCB sa module
3. I-mount ang module sa heat sink

Uban sa pre-assembled screw (combine screw, washer, ug lock washer), ihigot ang module sa heat sink gamit ang limiting torque. Kinahanglan nga hinumdoman nga ang gidak-on ug nawong sa heatsink kinahanglan nga tagdon sa tibuuk nga proseso sa pagsolder, tungod kay ang husto nga pagbalhin sa kainit tali sa likod sa module ug ang interface sa heatsink hinungdanon sa kinatibuk-ang pasundayag sa usa ka pakete sa usa ka sistema (tan-awa ang Larawan 2).

1. Solder ang Module Pin sa PCB
   Ang Solderable pin nga gigamit sa E1B module gisusi ug kwalipikado sa onsemi para sa standard FR4 PCBs.
   Kung ang PCB nanginahanglan usa ka reflow soldering nga proseso alang sa ubang mga sangkap, girekomenda nga i-reflow ang PCB sa dili pa i-mount ang module aron malikayan ang pagkaladlad sa taas nga temperatura.

Usa ka tipikal nga wave soldering profile gipakita sa Figure 4 ug Table 1.
Kung ang ubang mga pamaagi sa pagdumala gigamit sa paghimo sa giimprinta nga mga circuit board, kinahanglan ang dugang nga pagsulay, pag-inspeksyon, ug sertipikasyon.

Kinahanglanon sa PCB
FR4 PCB nga adunay maximum nga gibag-on nga 2 mm.
Tan-awa ang IEC 61249−2−7:2002 aron masusi kung ang materyal sa PCB nakab-ot ang sukaranan nga mga kinahanglanon.
Ang tiggamit aron mahibal-an ang labing kaayo nga mga conductive layer alang sa husto nga disenyo sa mga layer sa stack sa PCB apan kinahanglan nga masiguro nga ang mga multilayer nga PCB nagsunod sa IEC 60249-2-11 o IEC 60249-2-1
Kung ikonsiderar sa kustomer ang usa ka doble nga kilid nga mga PCB mag-refer sa IEC 60249-2-4 o IEC 60249-2-5

Kinahanglanon sa Solder Pin
Ang mga hinungdan nga hinungdan sa pagkab-ot sa mga solder joints nga adunay taas nga kasaligan mao ang disenyo sa PCB.
Ang plated-through hole diametro sa PCB kinahanglan nga gigama sumala sa soldering pin dimensyon (tan-awa ang Figure 3).

UG90340
Kung ang disenyo sa lungag sa PCB dili husto, mahimong mahitabo ang posibleng mga problema.
Kung ang katapusan nga diametro sa lungag gamay ra kaayo, mahimo’g dili kini masulud sa husto ug mahimong hinungdan nga mabuak ang mga pin ug makadaot sa PCB.
Kung ang katapusan nga diametro sa lungag dako kaayo, kini mahimong dili moresulta sa maayo nga mekanikal ug elektrikal nga pasundayag human sa pagsolder. Ang kalidad sa solder kinahanglan magtumong sa IPC-A-610.
Ang girekomendar nga mga parameter alang sa wave soldering process temperature profiles gibase sa IPC-7530, IPC-9502, IEC 61760-1:2006.

Figure 3. Module Mounting sa PCB Sa wala pa ang Mounting sa usa ka Heat Sink

Figure 4. Kinaandan nga Wave Soldering Profile (Reperensya EN 61760-1:2006)

Talaan 1. TYPICAL WAVE SOLDERING PROFILE (Reperensya EN 61760-1:2006)

Profile Feature		Standard nga SnPb Solder	Tingga (Pb) Libre nga Solder
Preheat	Temperatura min. (Tsmin)	100 °C	100 °C
	Tipo sa temperatura. (Tstyp)	120 °C	120 °C
	Temperatura max. (Tsmax)	130 °C	130 °C
	Temperatura max. (Tsmax)	70 segundos	70 segundos
Δ Preheat sa max. Temperatura		150 °C max.	150 °C max.
D Preheat sa max. Temperatura		235 °C − 260 °C	250 °C − 260 °C
Panahon sa Kinatas-ang Temperatura (tp)		10 segundos max5 segundos max matag wave	10 segundos max5 segundos max matag wave
Ramp- ubos nga Rate		~ 2 K/s min ~ 3.5 K/s typ ~5 K/s max	~ 2 K/s min ~ 3.5 K/s typ ~5 K/s max
Panahon sa 25 °C hangtod 25 °C		4 minutos	4 minutos

Pag-mount sa PCB sa Module

Sa diha nga ang PCB gibaligya direkta sa ibabaw sa module, ang mekanikal nga mga stress anaa ilabi na sa solder joint. Aron makunhuran kini nga mga kapit-os, ang usa ka dugang nga tornilyo mahimong magamit aron ayohon ang PCB sa upat nga mga standoff sa module, tan-awa ang Figure 5.
Ang mga module nahiuyon sa self-tapping screws (M2.5 x L (mm)), depende sa gibag-on sa PCB.

Ang gitas-on sa hilo nga mosulod sa standoff hole kinahanglan adunay minimum nga Lmin 4 mm ug labing taas nga Lmax 8 mm. Girekomenda nga mogamit usa ka kontrolado nga elektronik nga screwdriver o electric screwdriver aron masiguro ang labi ka tukma.


Figure 5. PCB Mounting sa E1B Module: (a) E1B PCB Mounting Hole nga adunay Standoff, ug (b) Maximum Screw Thread Engagement Depth

Kinahanglanon sa Pag-mount sa PCB
Ang giladmon sa standoff hole nga 1.5 mm nagsilbi nga screw entry guide lang ug dili angay mugamit ug bisan unsang puwersa.

Ang hinungdan nga hinungdan mao ang kantidad sa torque nga gitugotan alang sa proseso sa pre-tightening ug tightening:

• Pre-tightening = 0.2 ~ 0.3 Nm
• Paghugot = 0.5 Nm Max

Figure 6. PCB Mounting sa E1B Module: Vertical Alignment sa Self-tapping Screw (a) Aligned, ug (b) Misaligned.

Pag-mount Module sa Heatsink

Kinahanglanon sa Heatsink
Ang kahimtang sa nawong sa heatsink usa ka hinungdanon nga hinungdan sa tibuuk nga sistema sa pagbalhin sa kainit ug kinahanglan nga bug-os nga kontak sa heatsink. Ang module substrate surface ug ang heat sink surface kinahanglan nga uniporme, limpyo, ug walay kontaminasyon sa dili pa i-mount. Kini aron malikayan ang mga haw-ang, aron maminusan ang thermal impedance ug mapadako ang gidaghanon sa gahum nga mahimong mawala sa sulod sa module ug maabot ang target nga thermal resistance base sa datasheet. Ang mga kalidad sa nawong sa heatsink gikinahanglan aron makab-ot ang maayo nga thermal conductivity sumala sa DIN 4768−1.

• Pagkagahi (Rz): ≤10 m
• Flatness sa heatsink base sa usa ka gitas-on sa 100 mm: ≤50 m

Thermal Interface Material (TIM)
Ang thermal interface nga materyal nga gigamit tali sa module case ug heatsink mao ang yawe aron makab-ot ang kasaligan ug taas nga kalidad nga thermal performance. Ang thermal grease o thermal paste dili girekomenda para sa baseplate-less module sama sa E1B.
Kung walay baga nga baseplate nga tumbaga nga nagsilbing heat spreader, ang thermal grease pump−out effect (pinaagi sa thermal expansion ug contraction sa TIM layer tali sa module case ug heatsink atol sa power cycling o temperature cycling) makapasamot sa void formation sa TIM layer ug adunay dakong negatibong epekto sa power cycling lifetime sa module.

Hinuon, Ang TIM nga naggamit sa materyal nga pagbag-o sa bahin kusganon nga girekomenda alang sa mga module sa E1B. Ang Figure 7 nagpakita sa mga resulta sa power cycling para sa 1200 V 100 A half-bridge module (UHB100SC12E1BC3N) gamit ang duha ka lain-laing mga pamaagi, thermal grease vs phase change material. Ang pinahigda nga axis nagpakita sa gidaghanon sa mga siklo. Ang vertical axis nagpakita sa device VDS atol sa Tj_rise sa 100 °C. Ang pula nga kurba nagpakita sa power cycling nga adunay thermal grease. Ang asul nga kurba nagpakita sa power cycling nga adunay phase change material. Ang pula nga kurba mahimo lamang nga moadto sa 12,000 nga mga siklo sa wala pa mahitabo ang thermal runaway tungod sa pagkadaot sa resistensya sa thermal gikan sa thermal grease pump-out nga epekto. Para sa parehas nga E1B module gamit ang phase change material para sa heatsink TIM nga makapauswag sa power cycling lapas sa 58,000 cycles.

Ang Figure 8 nagpakita sa mga kondisyon sa pagsulay sa pagbisikleta sa kuryente ug pag-setup Figure 7. E1B Module Power Cycling Performance nga adunay Lahi nga TIM alang sa Heatsink: Thermal Grease vs Phase Change Material

Figure 8. E1B Module Power Cycling Test (a) Setup, ug (b) Test Conditions

Setup	Deskripsyon
DUT	UHB100SC12E1BC3N
Pamaagi sa pagpainit	Kanunay nga DC kasamtangan
Tj pagtaas	100 °C
Tubig cool nga heat sink temp	20 °C
Panahon sa pagpainit matag siklo	5 s
Panahon sa pagpabugnaw matag siklo	26 s
TIM (pagbag-o sa hugna)	Laird TPCM 7200

Kasagaran, pagkahuman sa mekanikal nga pag-mount, ang materyal nga pagbag-o sa bahin kinahanglan nga lutoon sa oven aron tugotan ang TIM nga usbon ang bahin niini aron mapuno ang mga microscopic voids tali sa module case ug heatsink ug makunhuran ang thermal resistance gikan sa module case ngadto sa heatsink. Sa taas nga exampAng gipakita sa Figure 7 ug Figure 8, ang thermal resistance gikan sa junction sa device ngadto sa tubig gikunhoran gikan sa 0.52 °C/W ngadto sa 0.42 °C/W human sa 1 ka oras nga pagluto sa 65 °C. Palihog konsultaha ang supplier sa TIM alang sa detalyadong instruksyon.

NOTA: Ang bisan unsang lainlain nga tipo sa materyal nga pagbag-o sa yugto kinahanglan nga susihon ug sulayan dugang sa kustomer pinaagi sa pagsunod sa mga panudlo gikan sa usa ka tigbaligya sa TIM (phase change material) aron masiguro ang labing maayo nga pasundayag

Pag-mount Module sa Heatsink
Ang pamaagi sa pag-mount usa usab ka hinungdanon nga hinungdan aron magarantiya ang usa ka epektibo nga kontak sa module ug heatsink nga adunay materyal nga pagbag-o sa bahin sa taliwala. Timan-i nga ang heatsink ug ang module kinahanglan nga dili makahikap sa tibuuk nga lugar aron malikayan ang usa ka lokal nga pagbulag tali sa duha nga mga sangkap. Ang talaan 2 nagsumaryo sa mga giya sa pag-mount alang sa heatsink attachment.

Talaan 2. onsemi SiC E1B MODULE HEATSINK MOUNTING REKOMENDASYON

Pag-mount sa Heatsink	Deskripsyon
Gidak-on sa tornilyo	M4
Type sa screw	DIN 7984 (ISO 14580) flat socket ulo
Ang giladmon sa screw sa heatsink	> 6 mm
Spring lock washer	DIN 128
Flat washer	DIN 433 (ISO 7092)
Pag-mounting torque	0.8 Nm ngadto sa 1.2 Nm
TIM	Palihug usba ang materyal, sama sa Laird Tpcm

Ubang mga Pag-isip sa Pag-mount

Ang kinatibuk-ang sistema sa gitaod nga module kinahanglan nga tagdon. Kung ang module husto nga gilakip sa heat sink ug circuit board, ang kinatibuk-ang pasundayag sa produkto makab-ot.
Ang angay nga mga lakang kinahanglan buhaton aron maminusan ang pagkurog usab tungod kay ang PCB gibaligya lamang sa module.
Kinahanglan nga likayan ang mga mahuyang nga gibaligya nga mga terminal. Ang tagsa-tagsa nga mga lagdok mahimo lamang nga makarga nga patayo sa heat sink nga adunay pinakataas nga presyur, tensyon, ug igo nga gilay-on tali sa PCB ug heatsink kinahanglan nga susihon sa aplikasyon sa kustomer.

Aron maminusan ang mekanikal nga stress sa PCB ug module, labi na kung ang PCB adunay bug-at nga sangkap girekomenda nga gamiton ang poste sa wanang, tan-awa ang Figure 9.

Figure 9. E1B Module PCB ug Heatsink Mounting nga adunay Space Post

Ang girekomendar nga dimensyon (X) tali sa space post ug ngilit sa PCB mounting hole kay ≤ 50 mm.
Kung daghang mga module ang gi-mount sa parehas nga PCB, ang pagbag-o sa gitas-on tali sa mga module mahimong moresulta sa mekanikal nga kapit-os sa solder joint. Aron mamenosan ang tensiyon, ang girekomendar nga gitas-on (H) sa mga poste sa wanang mao ang 12.10 (±0.10) mm.

Kinahanglanon sa Clearance ug Creepage

Ang mekanikal nga gilay-on sa asembliya tali sa module ug PCB kinahanglang makab-ot ang clearance ug creepage nga gilay-on nga gikinahanglan sa IEC 60664-1 Revision 3. Ang Figure 10 nagpakita sa ilustrasyon.
Ang minimum nga clearance mao ang gilay-on tali sa ulo sa tornilyo ug sa ilawom nga bahin sa PCB kinahanglan adunay igo nga gilay-on aron mapugngan ang koryente nga conductivity sa kini nga lugar.
Sa laing paagi, ang dugang nga mga lakang sa insulasyon, sama sa PCB slot, coating o espesyal nga potting mahimong kinahanglan nga ipatuman aron makab-ot ang angay nga clearance ug creepage distance standards.

Figure 10. Clearance tali sa Screw ug PCB

Ang tipo sa screw nagtino sa minimum nga gintang sa clearance tali niini ug sa PCB. Uban sa usa ka pan head screw uyon sa ISO7045, usa ka lock washer uyon sa DIN 127B ug flat washer DIN 125A, ug ang clamp nga gipakita sa Figure 10, ang gilay-on mahimong 4.25 mm. Ang kasagarang clearance ug creepage anaa sa datasheet. Ang dugang nga mga detalye bahin sa clearance sa module o gilay-on sa creepage mahimong mokontak sa suporta sa aplikasyon o pagbaligya ug pagpamaligya.

Ang tanan nga mga ngalan sa tatak ug mga ngalan sa produkto nga makita sa kini nga dokumento mga rehistrado nga marka sa pamatigayon o mga marka sa pamatigayon sa ilang mga tag-iya.

onsemi, , ug uban pang mga ngalan, marka, ug tatak kay rehistrado ug/o komon nga balaod nga marka sa Semiconductor Components Industries, LLC dba "onsemi" o mga kaubanan ug/o mga subsidiary niini sa Estados Unidos ug/o ubang mga nasud. onsemi nanag-iya sa mga katungod sa daghang mga patente, mga marka sa pamatigayon, mga copyright, mga sekreto sa pamatigayon, ug uban pang mga intelektwal nga kabtangan.
Usa ka listahan sa onsemi ni produkto/patent coverage mahimong ma-access sa www.onsemi.com/site/pdf/Patent−Marking.pdf. onsemi adunay katungod sa paghimo og mga pagbag-o sa bisan unsang oras sa bisan unsang mga produkto o impormasyon dinhi, nga walay pahibalo. Ang impormasyon dinhi gihatag “as−is” ug onsemi walay garantiya, representasyon o garantiya bahin sa katukma sa impormasyon, mga bahin sa produkto, pagkaanaa, pagpaandar, o kaangayan sa mga produkto niini alang sa bisan unsang partikular nga katuyoan, ni onsemi isipa ang bisan unsang tulubagon nga naggikan sa aplikasyon o paggamit sa bisan unsang produkto o sirkito, ug espesipikong isalikway ang bisan unsa ug tanan nga tulubagon, lakip ang walay limitasyon nga espesyal, sangputanan o sulagma nga mga kadaot. Ang pumapalit ang responsable sa mga produkto ug aplikasyon nga gigamit niini onsemi mga produkto, lakip ang pagsunod sa tanang balaod, regulasyon ug mga kinahanglanon o sumbanan sa kaluwasan, bisan unsa pa ang impormasyon sa suporta o aplikasyon nga gihatag sa onsemi. "Kasagaran" nga mga parameter nga mahimong gihatag sa onsemi ang mga data sheet ug/o mga detalye mahimo ug magkalainlain sa lainlaing mga aplikasyon ug ang aktwal nga pasundayag mahimong magkalainlain sa paglabay sa panahon. Ang tanan nga mga parameter sa pag-opera, lakip ang "Mga Tipikal" kinahanglan nga balido alang sa matag aplikasyon sa kustomer sa mga eksperto sa teknikal sa kostumer. onsemi wala maghatag ug bisan unsang lisensya ubos sa bisan unsang mga katungod sa intelektwal nga kabtangan o sa katungod sa uban. onsemi Ang mga produkto wala gidesinyo, gituyo, o gitugutan nga gamiton isip usa ka kritikal nga sangkap sa mga sistema sa pagsuporta sa kinabuhi o bisan unsang FDA Class 3 nga medikal nga mga himan o medikal nga mga himan nga adunay pareho o susama nga klasipikasyon sa langyaw nga hurisdiksyon o bisan unsang mga himan nga gituyo alang sa implantation sa lawas sa tawo. Kinahanglan nga ang Buyer mopalit o mogamit onsemi mga produkto alang sa bisan unsa nga wala tuyoa o dili awtorisado nga aplikasyon, ang Buyer mobayad ug mohupot onsemi ug ang mga opisyal niini, empleyado, subsidiary, kaanib, ug tig-apod-apod nga dili makadaot batok sa tanan nga mga pag-angkon, gasto, kadaot, ug gasto, ug makatarunganon nga bayad sa abogado nga naggikan, direkta o dili direkta, bisan unsang pag-angkon sa personal nga kadaot o kamatayon nga nalangkit sa ingon nga wala tuyoa o dili awtorisado nga paggamit , bisan kung ang ingon nga pag-angkon nag-ingon nga onsemi nagpabaya mahitungod sa disenyo o paghimo sa bahin. onsemi usa ka Equal Opportunity/Affirmative Action Employer. Kini nga literatura gipailalom sa tanan nga magamit nga mga balaod sa copyright ug dili ibaligya pag-usab sa bisan unsang paagi.

DUGANG IMPORMASYON

TEKNIKAL NGA PUBLIKASYON:
Teknikal nga Librarya: www.onsemi.com/design/resources/technical−documentation
onsemi Website: www.onsemi.com
ONLINE NGA SUPORTA: www.onsemi.com/support
Para sa dugang nga impormasyon, palihog kontaka ang imong lokal nga Sales Representative sa www.onsemi.com/support/sales

Mga Dokumento / Mga Kapanguhaan

onsemi SiC E1B Modules [pdf] Giya sa Gumagamit AND90340-D, SiC E1B Mga Module, SiC E1B, Mga Module

Mga pakisayran

• Manwal sa Gumagamit