Инструкция по монтажу IGBT -модулей в корпусах IHM и IHV
На основании документа: AN 2004-05
Данная инструкция представляет собой перевод на русский язык официального документа AN 2004-05 компании «Инфинеон». Переведены разделы документа, касающиеся сути вопроса.
Рекомендации к слою пасты
Вследствие того, что форма поверхности основания у каждого модуля и радиатора индивидуальна, между ними всегда остаются воздушные пустоты (зазоры). Чтобы обеспечить эффективную передачу тепла на охладитель, все зазоры должны быть заполнены теплопроводящей пастой. Оптимальная толщина слоя пасты должна быть такой, чтобы паста полностью заполнила собой зазоры, вытеснив весь воздух, но при этом не попала между металлическими поверхностями там, где они соприкасаются между собой.
Общее правило: если процесс выполняется вручную, то толщина пасты должна быть 100 мкм. В зависимости от вязкости пасты возможны отклонения от данных рекомендаций (см. ниже).
В области контакта между модулем и радиаторам должны быть выполнены следующие требования по шероховатости Rz и плоскостности радиатора:
| Размер основания модуля |
Шершавость поверхности |
Плоскостность |
| Модуль 140×73 мм |
10…15 мкм |
< 30 мкм |
| Модуль 140×130 мм |
10…15 мкм |
< 30 мкм |
| Модуль 140×190 мм |
£ 15 мкм |
< 50 мкм |
Для слоя 100 мкм требуется следующий объём термопасты:
Модуль 140×73 мм: 1.02 см3= 0.06 in 3
Модуль 140×130 мм: 1.82 см3= 0.11 in 3
Модуль 140×190 мм: 2.66 см3= 0.16 in 3
Нанесение пасты: вручную или методом трафаретной печати
Нанесение термопасты — один из самых критичных этапов сборочного процесса. Необходимо достичь ровного, однородного и воспроизводимого слоя пасты. Неровный слой пасты может вызвать механическое напряжение и привести к разлому керамического изолятора внутри модуля.
Первый шаг — очистка радиатора и поверхности основания модуля изопропиловым или этиловым спиртом. Следует использовать безворсовую ткань, а всю работу проводить в перчатках. Контактирующие поверхности модуля и радиатора не должны иметь повреждений, жировых загрязнений, остатков пасты и посторонних частиц. Следует избегать попадания пасты на радиатор, поскольку паста, попавшая в резьбовые отверстия, может привести к неправильному моменту затяжки.
 Ручное нанесение такого тонкого слоя пасты посредством валика (ролика) или зубчатых лопаточек проблематично. При таком способе трудно обеспечить необходимую равномерность и повторяемость толщины слоя пасты. Толщину слоя пасты можно проконтролировать при помощи специального гребешка (" Wet film comb ", см. рисунок). Расположите гребешок перпендикулярно поверхности радиатора и медленно проведите им по слою термопасты. На различных сторонах гребешка имеются зубцы различной длины. Толщина пасты определяется как среднее между значением наибольшего «покрытого» (или «мокрого») зубца и значением наименьшего «непокрытого» (или «сухого») зубца.
Для оценки и проверки качества процесса монтажа на стадии тренировок нужно изучить отпечаток пасты снятого модуля. Для этого в соответствии с рекомендуемой процедурой нанесите пасту и смонтируйте модуль. Пусть паста растечётся и заполнит оставшиеся пустоты. В зависимости от вязкости, это может занять несколько часов.
Если после нагрева и демонтажа модулей на основании (подложке) модуля видна древовидная структура, то толщина пасты выбрана правильно. При притягивании модуля к радиатору небольшое количество термопасты может быть выдавлено в стороны. Если на отпечатке есть участки без контакта (как показано на рисунке справа), тест следует повторить с большим количеством пасты.
 |
Слева: достаточное количество пасты.
Справа: частично нет контакта из-за недостаточного количества пасты. |
Общая проблема, касающаяся вязкости теплопроводящей пасты: Пасту с низкой вязкостью можно легко нанести вручную. Но такая паста имеет тенденцию к разделению на масло и наполнитель. Тепловой контакт и длительная стабильность оказываются под вопросом и должны обсуждаться с производителем материала.
В соответствии с опытом компании «Инфинеон», при высокой вязкости паста лучше сохраняет свою консистенцию, но при этом унифицированное нанесение пасты как роликом (валиком), так и лопаточкой (шпателем) становится труднодостижимым и трудоёмким.
Чтобы воспользоваться преимуществами пасты высокой вязкости (конечно, процесс пригоден для всех видов паст!) и преодолеть проблемы ручного нанесения, в компании EUPEC ( Infineon) была исследована трафаретная печать теплопроводящей пасты.
Обычный, неструктурированный трафарет (металлический шаблон) обеспечивает равномерную толщину пасты. Чтобы лучше адаптироваться к специфичной форме монтируемого основания модуля, был разработан специальный трафарет, который позволяет локально структурировать количество наносимой пасты. Чертёж шаблона с вырезами (ячейками) показан внизу справа, усреднённая толщина нанесённой пасты приведена на левом рисунке:
Паста расположена там, «где это нужно». Вокруг крепёжных отверстий и в центре модуля средняя толщина пасты уменьшена, так как здесь нет необходимости в сильном растекании пасты и меньше пасты останется задержанной под модулем.
Компания Infineon может предоставить детальные ACAD-чертежи трафаретов для модулей с размером основания 140х130 мм и 140х190 мм.
Процесс трафаретной печати и проверка
Паста наносится прямо на основание (подложку) модуля. Порядок нанесения пасты иллюстрируется следующими рисунками:
1. Очистите металлический трафарет от застывшей пасты и поместите модуль в оборудование:
2. Наложите трафарет и зафиксируйте его на основании модуля. Нанесите необходимое количество пасты:
3. Распределите пасту поперечным движением скребка (шпателя). Удостоверьтесь, что все вырезы (ячейки) как следует заполнены:
4. В заключении установите модуль на радиатор в соответствии с инструкциями по монтажу. Ниже показан типовой отпечаток, который остается на радиаторе и модуле после демонтажа.
На радиаторе показаны отпечатки двух модулей, на краю которых видна кромка, образованная избыточной пастой:
Радиатор с принадлежащим ему модулем, показано хорошее распределение пасты с кромкой избыточной пасты:
Только после нанесения пасты, которая на краях образует кромку, можно увидеть структуру. В зависимости от вязкости пасты равномерная полоска пасты будет формироваться от несколько минут (паста с низкой вязкостью) до нескольких часов (паста с высокой вязкостью).
Установка (монтаж):
Во избежание ненужной деформации (и механических напряжений) основания модуля радиатор должен иметь достаточную жёсткость и устойчивость к искривлению в процессе сборки и транспортировки.
Все крепёжные болты должны быть одинаково затянуты с указанным моментом затяжки. Для этого рекомендуется использовать инструмент с электронным управлением или, по крайней мере, электрическая отвёртка с малой скоростью вращения. Работа может также быть выполнена вручную с помощью динамометрического ключа. Мы не советуем использовать пневматические отвёртки из-за их недостаточной точности.
Для хорошего теплового контакта с радиатором мы рекомендуем следующую процедуру затяжки болтов модулей после нанесения пасты и позиционирования модуля на радиаторе:
Для теплопроводящих паст с низкой вязкостью:
1. Свободно (не жёстко) зафиксировать модуль двумя диагональными болтами, например, болты 3-6 (или 1-5). Слегка придавить модуль рукой и равномерно распределить пасту лёгкими круговыми движениями.
2. Затянуть болты с усилием 0.5 Nm ± 15% в следующей последовательности: болты 2-5-3-6-1-4 для модуля 140х130 мм(или 2-6-3-7-4-8-1-5 для модуля 140х190 мм).
3. Затянуть болты с усилием 5 Nm ± 15% в такой же последовательности.
Для теплопроводящей пасты с высокой вязкостьюмежду шагами 2 и 3 добавить шаг:
2а. Затянуть болты с усилием 2 Nm ± 15% в такой же последовательности, как на шаге 2. Выждать, по меньшей мере, ½ часа, чтобы позволить пасте растечься и заполнить пустоты.
Чтобы позволить пасте растечься и модули смогли медленно адаптироваться к форме поверхности радиатора, нужно строго придерживаться этой процедуры из трёх шагов как для модулей с медным основанием, так и для модулей с ALSiC-подложкой.
Силовые выводы коллектора и эмиттера должны иметь хороший электрический и тепловой контакт. Шинопроводы ( Busbars) должны быть подключены к модулю таким образом, чтобы они не испытывали никакой механической нагрузки. Их поперечное сечение должно быть достаточным, чтобы избежать нагрева модуля.
Вспомогательные выводы должны быть подключены в соответствии c общими указаниями по защите от электростатического разряда ( ESD). Не допускается протекание тока нагрузки (или его части) через вспомогательный коллектор.
Размеры болтов и моменты:
Механическое крепление: M6 5 Nm ±15%
Вспомогательные выводы: M4 2 Nm +5%, –10%
Силовые выводы: M8 8…10 Nm
Усилия затяжки:
Шинопроводы ( busbars) должны быть подсоединены к основным выводам модуля таким образом, чтобы приведённые на рисунке значения сил не были превышены при монтаже или в процессе эксплуатации.
Во избежание динамической нагрузки на модуль, шинопроводы должны быть соответствующим образом закреплены.
Примечание:
1. Данный документ является вспомогательным и не заменяет оригинального документа " Infineon"
2. По возникшим техническим вопросам, а также за дополнительной информацией можно обращаться Инженерно-технический центр, тел. (495) 797-5585 или 797-5535 (общий)
e-mail:tc@symmetron.ru
 Подробнее о компании Infineon >>>
Электронные компоненты Infineon >>>
|
СИММЕТРОН
