【世說知識】典型封裝的碳化硅功率模塊的安裝

圖1 SP1F的功率模塊

圖2 SP3F的功率模塊

圖3 PCB安裝在功率模塊上

PCB安裝的功率模塊，如圖3所示，可以首先用螺絲擰在螺母柱上，去減小機械應力和最小化pin上的相對移動，注意，這些pin是焊接到電源模塊上的。

步驟1，將電功率模塊使用螺絲固定在螺母柱上。

圖4 鎖塑膠用三角螺絲在螺母柱上

圖5 鎖塑膠用三角螺絲的例子

逐步變細的鎖塑料螺絲具有典型直徑2.5mm，推薦用于連接PCB，如圖5所示為一個鎖塑料螺絲，為塑料和其它低密度的材料所設計，螺絲長度取決于PCB厚度，對于1.6mm的PCB厚度來說，使用一個6mm長的鎖塑料螺絲即可，最大安裝扭矩是0.6Nm，擰緊螺絲后，需要檢查塑料柱的完整性。

圖6 焊接之后的PCB形式

焊接功率模塊的所有的電氣pin到PCB上，就像如下圖6所示的圖片一樣，這里需要免清洗焊劑去連接PCB，因為這里不允許含水清洗，焊接之后的PCB如上圖所示。紅色箭頭指向的孔是PCB上的作為插入或者移除安裝螺絲所用。

注意，不要調(diào)換以上兩個步驟，因為如果所有pin先焊接在PCB上時，使用螺絲將PCB固定在支架上，會產(chǎn)生一個PCB的形變，導致一些機械應力，這會破壞走線或者損壞PCB上的器件，上圖6中的PCB上的孔，是插入或者移除安裝螺絲用，這些螺絲是將功率模塊裝散熱片上的。這些孔必須足夠的大，對于螺絲頭及其墊圈來說，可以方便地自由進入，在PCB孔位置處允許正常的公差。對于功率pin來說，PCB孔徑推薦為1.8mm+-0.1mm,對于插入或者移除安裝螺絲的PCB孔徑推薦為10mm+-0.1mm。

對于高效率的生產(chǎn)過程，波峰焊流程可以用來去焊接端點到PCB上，每一個應用，heatsink和PCB都是不同的，波峰焊必須要基于具體的案例評估，任何情況下，每一個pin周圍的焊錫都需要均勻分布。PCB的底部，和電源模塊的之間的空隙是0.5mm到1mm之間，在PCB安裝的功率模塊的圖上有顯示，這里在PCB上使用直插元件是不推薦的，SP1F或者SP3F的pinout可以根據(jù)配置而改變，可以具體看一下產(chǎn)品規(guī)格書。

將功率模塊的基板合適的安裝到heatsink上是重要的，它可以確保好的散熱。散熱器和功率模塊的接觸面必須是平整的和潔凈的，推薦的平整度是100mm連續(xù)長度上小于50us，推薦粗糙度Rz是10，沒有灰塵，沒有腐蝕，和破壞，以避免當功率模塊安裝時的機械應力，同時也避免增加熱阻。

圖7 裝配之前的heatsink上的導熱油脂

步驟1：導熱油脂應用，為了獲得最小的外殼到散熱片的熱阻，導熱油脂必須施加在功率模塊和heatsink之間。推薦使用絲網(wǎng)印刷技術(shù)去確保均勻沉積最小60um的厚度在heatsink上，如圖1顯示。功率模塊和heatsink之間的熱界面也可以使用其它導熱界面材料，如相變化合物材料（絲網(wǎng)印刷或者粘貼層）。

圖8 移除模塊后的heatsink上的導熱油脂

和拆裝后的模塊上的導熱油脂

步驟2，安裝功率模塊到heatsink上，放置功率模塊在heatsink孔上，然后施加一個小的壓力。插入帶鎖和墊圈的M4的螺絲到每一個安裝孔上，8號螺絲可以用來替代M4.螺絲的長度必須要至少12mm，首先，輕輕的拉緊兩個安裝螺絲。交替擰緊螺絲，直到最終的扭矩值達到，可以查看產(chǎn)品規(guī)格書得到最大允許扭矩值。推薦使用螺絲刀，它對于這個操作具有可控的扭矩，如果可行，在三個小時后可以再一次擰緊螺絲。當功率模塊以適量的扭矩擰緊在heatsink上時，有較少量的導熱油脂顯示在模塊的表面，說明導熱油脂的量是合適的，模塊的下表面必須是使用導熱油脂完整潤濕的，如拆裝圖8右側(cè)顯示的模塊上的導熱油脂。螺絲之間的空隙，最高表面，最近的pin端口等必須仔細檢查，以保持安全的絕緣空間。

圖9 通常的安裝視圖，

PCB和heatsink及功率模塊

通常，如果大的PCB需要，PCB和heatsink之間的附加墊片是必要的，在功率模塊和附加墊片之間，推薦保持一個至少5cm的距離，如圖10所示，附加墊片必須要和螺母柱具有相同的高度，12mm+0.1mm。

圖10 使用大PCB的一般裝配視圖

對于具體的應用，有些SP1F或者SP3F功率模塊是使用ALSiC基板生產(chǎn)的，在料號中使用M后綴表示。實際上，ALSiC基板比銅基板厚0.5mm，所以墊片必須要使用12.5+-0.1mm的厚度。SP1F和SP3F的塑封框架高度和SOT-227是一樣的，在相同的PCB上，如果SOT-227和一個或者多個使用銅基板的SP1F或者SP3F的電源模塊使用的話，如果兩個功率模塊之間的距離不超過5cm，那么沒有必要如前圖一樣安裝額外的墊片。

圖11 使用銅基板的多個功率模塊的一般的安裝視圖

總結(jié)，這個應用筆記給出了主要的建議，涉及到安裝SP1F和SP3F模塊的指導，確保在系統(tǒng)長期運行中，應用這些指導可以幫助減小在PCB上和功率模塊上的機械應力，安裝heatsink的指導必須要follow，以便獲得功率模塊到heatsink之間的最小的熱阻，所有這些步驟都很重要，以此來確保系統(tǒng)可靠性。