دليل مستخدم وحدات Onsemi SiC E1B

دليل مستخدم وحدات Onsemi SiC E1B

نِطَاق

كانت شركة onsemi رائدة في تقديم SiC JFETs في تكوين كاسكود مع توافق محرك البوابة مع Si MOSFETs و IGBTs و SiC MOSFETs، استنادًا إلى عتبة 5 فولتtagونطاق تشغيل البوابة الواسع ±25 فولت.

تتميز هذه الأجهزة بالتبديل السريع جدًا بطبيعتها، مع خصائص الصمام الثنائي للجسم الممتازة. وقد جمعت Onsemi بين المزاياtagجهاز طاقة يعتمد على SiC JFET مع حزمة وحدة الطاقة القياسية في الصناعة، E1B، لتعزيز كثافة الطاقة والكفاءة والفعالية من حيث التكلفة وسهولة الاستخدام لأنظمة الطاقة الصناعية.

تقدم مذكرة التطبيق هذه إرشادات التركيب (PCB والمبدد الحراري) لحزم وحدات الطاقة E1B الأحدث من onsemi (نصف الجسر والجسر الكامل).

مهم: يُنصح بشدة باستخدام مُخفِّفات الجهد لوحدات SiC E1B نظرًا لسرعتها الفائقة في التبديل. كما يُقلِّل المُخفِّفات بشكل كبير من خسائر التبديل عند الإيقاف، مما يجعل وحدات SiC E1B جذابة للغاية في ZVS (صفر جهد)tagتطبيقات التبديل الناعم (مثل تشغيل/إيقاف التشغيل) مثل الجسر الكامل المحول طوريًا (PSFB)، وLLC، وما إلى ذلك.

يُنصح باستخدام هذا المنتج مع مواد تثبيت دبابيس اللحام وواجهات تغيير الطور الحرارية، ولا يُنصح باستخدامه في التطبيقات التي تستخدم التثبيت بالضغط أو وضع الشحم الحراري. لمزيد من المعلومات، يُرجى مراجعة إرشادات التركيب ودليل المستخدم المرفق بهذا المنتج.

توفر مذكرة التطبيق هذه أيضًا روابط الموارد لنماذج المحاكاة، وإرشادات التجميع، والخصائص الحرارية، والموثوقية، ووثائق التأهيل.

الموارد والمراجع

1. وحدات SiC E1B التقنيةview
2. دليل تركيب وحدات SiC E1B
3. دليل مستخدم SiC Cascode JFET والوحدة النمطية
4. دليل مستخدم وحدات SiC E1B DPT EVB
5. رابط وحدة onsemi SiC: وحدات SiC
6. محاكي الطاقة EliteSiC
7. أنسمي مركز حلول الطاقة SiC
8. أصول ترانزستورات JFET المصنوعة من كربيد السيليكون وتطورها نحو المفتاح المثالي

معلومات عن وحدة E1B

السبب الرئيسي لعطل وحدة أشباه موصلات الطاقة هو التركيب غير السليم. يؤدي التركيب غير السليم إلى ارتفاع درجة حرارة الوصلة أو ارتفاعها بشكل مفرط، مما يحدّ بشكل كبير من عمرها التشغيلي. لذا، يُعدّ التركيب السليم للوحدة أمرًا بالغ الأهمية لضمان انتقال الحرارة بكفاءة من وصلة جهاز SiC إلى قناة التبريد.

تم تصميم وحدات E1B ليتم لحامها بلوحة دائرة مطبوعة (PCB) وتوصيلها بمشتت حراري باستخدام براغي وغسالات مجمعة مسبقًا، كما هو موضح في الشكل 1 و الشكل 2يمكن العثور على معلومات أكثر تفصيلاً حول الأبعاد والتسامحات اللازمة لتصميم الأجهزة لهذه الأنظمة في أوراق بيانات الوحدة.

الشكل 1. موقع برغي تركيب الوحدة (أعلى View)

AND90340 / د

الشكل 2. تركيب الوحدة مع لوحة الدوائر المطبوعة والمشتت الحراري (تم تفكيك التجميع) View)

تسلسل التركيب الموصى به

توصي شركة onsemi باتباع تسلسل التركيب للحصول على أداء حراري أفضل وعمر افتراضي أفضل لوحدة SiC E1B:

1. لحام دبوس الوحدة بلوحة الدائرة المطبوعة (PCB)
2. قم بتركيب لوحة الدوائر المطبوعة على الوحدة
3. قم بتركيب الوحدة على المشتت الحراري

باستخدام برغي مُجمّع مسبقًا (برغي مُدمج، وغسالة، وغسالة قفل)، ثبّت الوحدة على المشتت الحراري باستخدام عزم الدوران المُحدد. تجدر الإشارة إلى أنه يجب مراعاة حجم وسطح المشتت الحراري طوال عملية اللحام، حيث يُعدّ انتقال الحرارة بشكل صحيح بين الجزء الخلفي للوحدة وواجهة المشتت الحراري أمرًا بالغ الأهمية للأداء العام للحزمة في النظام (انظر الشكل 2).

1. لحام دبوس الوحدة إلى لوحة الدوائر المطبوعة
   تم فحص الدبابيس القابلة للحام المستخدمة في وحدة E1B وتأهيلها بواسطة onsemi للوحات PCB القياسية FR4.
   إذا كانت لوحة الدوائر المطبوعة تتطلب عملية لحام إعادة التدفق للمكونات الأخرى، فمن المستحسن إعادة تدفق لوحة الدوائر المطبوعة قبل تركيب الوحدة لتجنب التعرض لدرجات حرارة عالية.

نموذج لحام موجة احترافيfile كما هو موضح في الشكل 4 والجدول 1.
إذا تم استخدام تقنيات معالجة أخرى في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة، فسيكون الأمر مطلوبًا لإجراء اختبارات وتفتيش وشهادات إضافية.

متطلبات لوحة الدوائر المطبوعة
لوحة PCB FR4 بسمك أقصى يبلغ 2 مم.
راجع IEC 61249−2−7:2002 للتأكد من أن مادة PCB تلبي متطلبات المعيار.
يجب على المستخدم تحديد الطبقات الموصلة المثالية للتصميم المناسب لطبقات مكدس PCB ولكن يجب عليه التأكد من أن PCBs متعددة الطبقات تتبع IEC 60249-2-11 أو IEC 60249-2-1
إذا كان العميل سيفكر في لوحات الدوائر المطبوعة ذات الوجهين، راجع IEC 60249-2-4 أو IEC 60249-2-5

متطلبات دبوس اللحام
العامل الرئيسي لتحقيق وصلات اللحام ذات الموثوقية العالية هو تصميم PCB.
يجب تصنيع أقطار الفتحات المطلية على لوحة الدوائر المطبوعة وفقًا لأبعاد دبوس اللحام (انظر الشكل 3).

و90340
إذا لم يكن تصميم ثقب PCB صحيحًا، فقد تحدث مشكلات محتملة.
إذا كان قطر الفتحة النهائي صغيرًا جدًا، فقد لا يتم إدخالها بشكل صحيح وسيؤدي ذلك إلى كسر الدبابيس وإتلاف لوحة الدوائر المطبوعة.
إذا كان قطر الثقب النهائي كبيرًا جدًا، فقد لا يؤدي ذلك إلى أداء ميكانيكي وكهربائي جيد بعد اللحام. يجب أن تتوافق جودة اللحام مع معيار IPC-A-610.
المعلمات الموصى بها لدرجة حرارة عملية اللحام الموجيfileتعتمد هذه المعايير على IPC-7530، IPC-9502، IEC 61760-1:2006.

الشكل 3. تركيب الوحدة على لوحة الدوائر المطبوعة قبل التركيب على المشتت الحراري

الشكل 4. لحام الموجة النموذجيfile (المرجع EN EN 61760-1:2006)

الجدول 1. اللحام بالموجات النموذجية الاحترافيFILE (المرجع EN EN 61760-1:2006)

تركيب لوحة الدوائر المطبوعة على الوحدة

عند لحام لوحة الدوائر المطبوعة مباشرةً أعلى الوحدة، تظهر ضغوط ميكانيكية، خاصةً على وصلة اللحام. لتقليل هذه الضغوط، يمكن استخدام برغي إضافي لتثبيت لوحة الدوائر المطبوعة في حواجز الوحدة الأربعة. انظر الشكل 5.
الوحدات متوافقة مع البراغي ذاتية اللولبة (M2.5 x L (مم))، اعتمادًا على سمك لوحة الدوائر المطبوعة.

يجب أن يكون طول الخيط الداخل في فتحة التباعد 4 مم كحد أدنى و8 مم كحد أقصى. يُنصح باستخدام مفك براغي إلكتروني أو كهربائي لضمان دقة أعلى.


الشكل 5. تركيب لوحة الدوائر المطبوعة على وحدة E1B: (أ) فتحة تركيب لوحة الدوائر المطبوعة E1B مع مسافة فاصلة، و(ب) أقصى عمق لربط خيط المسمار

متطلبات تركيب لوحة الدوائر المطبوعة
تعتبر فتحات التباعد بعمق 1.5 ملم بمثابة دليل دخول المسمار فقط ولا ينبغي أن تطبق أي قوة.

العامل الرئيسي هو مقدار عزم الدوران المسموح به لعملية الشد المسبق والشد:

• الشد المسبق = 0.2 ~ 0.3 نيوتن متر
• الشد = 0.5 نيوتن متر كحد أقصى

الشكل 6. تركيب لوحة الدوائر المطبوعة على وحدة E1B: المحاذاة الرأسية للبرغي الذاتي اللولبة (أ) محاذية، و(ب) غير محاذية.

وحدة التركيب على المشتت الحراري

متطلبات المبدد الحراري
تُعد حالة سطح المشتت الحراري عاملاً أساسياً في نظام نقل الحرارة بأكمله، ويجب أن يكون على اتصال تام به. يجب أن يكون سطح ركيزة الوحدة وسطح المشتت الحراري متجانسين ونظيفين وخاليين من أي شوائب قبل التركيب. هذا لمنع أي فراغات، وتقليل المعاوقة الحرارية، وزيادة كمية الطاقة التي يمكن تبديدها داخل الوحدة إلى أقصى حد، وتحقيق المقاومة الحرارية المطلوبة وفقاً لورقة البيانات. تُعد جودة سطح المشتت الحراري شرطاً أساسياً لتحقيق موصلية حرارية جيدة وفقاً للمعيار DIN 4768−1.

• الخشونة (Rz): ≤10 م
• تسطيح المشتت الحراري بناءً على طول 100 مم: ≤50 متر

مادة الواجهة الحرارية (TIM)
تعتبر مادة الواجهة الحرارية المستخدمة بين علبة الوحدة والمبدد الحراري أمرًا أساسيًا لتحقيق أداء حراري موثوق وعالي الجودة. لا يُنصح باستخدام الشحم الحراري أو المعجون الحراري لوحدة بدون لوحة أساسية مثل E1B.
بدون لوحة قاعدة نحاسية سميكة تعمل كموزع للحرارة، فإن تأثير ضخ الشحم الحراري (عن طريق التمدد الحراري وانكماش طبقة TIM بين علبة الوحدة والمبدد الحراري أثناء دورة الطاقة أو دورة درجة الحرارة) يؤدي إلى تفاقم تكوين الفراغات في طبقة TIM ويكون له تأثير سلبي كبير على عمر دورة الطاقة للوحدة.

بدلاً من، يوصى بشدة باستخدام مادة تغيير الطور TIM لوحدات E1B. يوضح الشكل 7 نتائج دورة الطاقة لوحدة نصف الجسر 1200 فولت 100 أمبير (UHB100SC12E1BC3N) باستخدام طريقتين مختلفتين: الشحم الحراري مقابل مادة تغيير الطور. يوضح المحور الأفقي عدد الدورات. يوضح المحور الرأسي VDS للجهاز أثناء ارتفاع Tj_rise عند 100 درجة مئوية. يوضح المنحنى الأحمر دورة الطاقة باستخدام الشحم الحراري. يوضح المنحنى الأزرق دورة الطاقة باستخدام مادة تغيير الطور. لا يمكن للمنحنى الأحمر أن يصل إلا إلى 12,000 دورة قبل حدوث الانفلات الحراري بسبب تدهور المقاومة الحرارية الناتج عن تأثير ضخ الشحم الحراري. بالنسبة لنفس وحدة E1B، فإن استخدام مادة تغيير الطور للمبدد الحراري TIM يُحسّن دورة الطاقة بشكل ملحوظ لما يزيد عن 58,000 دورة.

يوضح الشكل 8 ظروف اختبار دورة الطاقة والإعداد. الشكل 7. أداء دورة الطاقة لوحدة E1B مع TIM مختلف للمبدد الحراري: الشحم الحراري مقابل مادة تغيير الطور

الشكل 8. اختبار دورة طاقة الوحدة E1B (أ) الإعداد، و(ب) ظروف الاختبار

عادةً، بعد التركيب الميكانيكي، تُخبز مادة تغيير الطور في الفرن للسماح لـ TIM بتغيير طورها لملء الفراغات الدقيقة بين غلاف الوحدة والمشتت الحراري وتقليل المقاومة الحرارية بينهما. في المثال السابق،ampكما هو موضح في الشكلين 7 و8، تنخفض المقاومة الحرارية لوصلة الجهاز للماء من 0.52 درجة مئوية/واط إلى 0.42 درجة مئوية/واط بعد ساعة واحدة من الخبز عند درجة حرارة 1 درجة مئوية. يُرجى مراجعة مورد TIM للحصول على تعليمات مفصلة.

ملحوظة: يجب على العميل تقييم أي نوع مختلف من مواد تغيير الطور واختباره بشكل إضافي من خلال اتباع التعليمات من بائع مادة تغيير الطور (TIM) لضمان الأداء الأمثل

وحدة التركيب على المشتت الحراري
تُعد طريقة التركيب عاملاً هاماً لضمان اتصال فعال بين الوحدة والمشتت الحراري مع مادة تغيير الطور بينهما. يُرجى ملاحظة أنه يجب عدم تلامس المشتت الحراري والوحدة على كامل المساحة لتجنب أي انفصال موضعي بينهما. يُلخص الجدول 2 إرشادات تركيب المشتت الحراري.

الجدول 2. توصيات تركيب المشتت الحراري لوحدة Onsemi SiC E1B

اعتبارات التركيب الأخرى

يجب مراعاة النظام العام للوحدة المُركّبة. إذا تم تثبيت الوحدة بشكل صحيح على المشتت الحراري ولوحة الدائرة، فسيتحقق الأداء العام للمنتج.
يجب اتخاذ التدابير المناسبة لتقليل الاهتزاز أيضًا نظرًا لأن PCB ملحومة بالوحدة فقط.
يجب تجنب استخدام أطراف لحام ضعيفة. لا يمكن تحميل كل طرف على حدة إلا بشكل عمودي على المشتت الحراري، مع مراعاة أقصى ضغط وشد، مع مراعاة المسافة الكافية بين لوحة الدوائر المطبوعة والمشتت الحراري، وذلك وفقًا لتطبيق العميل.

لتقليل الضغط الميكانيكي على لوحة الدوائر المطبوعة والوحدة، وخاصة عندما تحتوي لوحة الدوائر المطبوعة على مكونات ثقيلة، يوصى باستخدام عمود فضائي، انظر الشكل 9.

الشكل 9. تركيب لوحة دارات مطبوعة لوحدة E1B ومبدد الحرارة باستخدام عمود فضائي

البعد الموصى به (X) بين عمود الفضاء وحافة فتحة تركيب PCB هو ≤ 50 مم.
في حالة تركيب عدة وحدات على لوحة الدوائر المطبوعة نفسها، قد يؤدي اختلاف الارتفاع بين الوحدات إلى إجهادات ميكانيكية على وصلة اللحام. لتقليل هذا الإجهاد، يُنصح بارتفاع أعمدة الفراغ (H) ١٢٫١٠ (±٠٫١٠) مم.

متطلبات الإزالة والزحف

يجب أن تتوافق المسافة الميكانيكية للتجميع بين الوحدة ولوحة الدوائر المطبوعة مع مسافة الخلوص والزحف المطلوبة وفقًا لمعيار IEC 60664-1 المراجعة 3. يوضح الشكل 10 الرسم التوضيحي.
الحد الأدنى من الخلوص هو المسافة بين رأس المسمار والسطح السفلي للوحة الدوائر المطبوعة ويجب أن تكون هناك مسافة كافية لمنع التوصيل الكهربائي في هذه المنطقة.
بدلاً من ذلك، قد تكون هناك حاجة إلى تنفيذ تدابير عزل إضافية، مثل فتحة PCB أو الطلاء أو التغليف الخاص لتلبية معايير الخلوص والمسافة الزاحفة المناسبة.

الشكل 10. الخلوص بين المسمار ولوحة الدوائر المطبوعة

يُحدد نوع البرغي الحد الأدنى لفجوة الخلوص بينه وبين لوحة الدوائر المطبوعة. باستخدام برغي برأس مسطح مطابق للمعيار ISO7045، وغسالة قفل مطابقة للمعيار DIN 127B، وغسالة مسطحة مطابقة للمعيار DIN 125A، وغطاءamp كما هو موضح في الشكل ١٠، ستكون المسافة ٤٫٢٥ مم. تتوفر بيانات الخلوص والزحف النموذجية في ورقة البيانات. لمزيد من التفاصيل حول خلوص الوحدة أو مسافة الزحف، يُرجى التواصل مع قسم دعم التطبيقات أو المبيعات والتسويق.

جميع أسماء العلامات التجارية وأسماء المنتجات الواردة في هذا المستند هي علامات تجارية مسجلة أو علامات تجارية لمالكيها.

أنسيمي ، والأسماء والعلامات والعلامات التجارية الأخرى مسجلة و / أو علامات تجارية بموجب القانون العام لشركة Semiconductor Components Industries، LLC dba "أنسيمي" أو الشركات التابعة لها و / أو الشركات التابعة لها في الولايات المتحدة و / أو دول أخرى. أنسمي تملك حقوق عدد من براءات الاختراع والعلامات التجارية وحقوق النشر والأسرار التجارية وغيرها من حقوق الملكية الفكرية.
قائمة من أنسيمي يمكن الوصول إلى تغطية المنتج/براءة الاختراع على www.onsemi.com/site/pdf/Patent−Marking.pdf. أنسمي تحتفظ بالحق في إجراء تغييرات في أي وقت على أي منتجات أو معلومات هنا، دون سابق إنذار. يتم توفير المعلومات الواردة هنا "كما هي" و أنسمي لا تقدم أي ضمان أو إقرار فيما يتعلق بدقة المعلومات أو ميزات المنتج أو توفرها أو وظائفها أو ملاءمتها لأي غرض معين، ولا أنسمي يتحمل أي مسؤولية تنشأ عن تطبيق أو استخدام أي منتج أو دائرة، وينكر على وجه التحديد أي وجميع المسؤوليات، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر، الأضرار الخاصة أو التبعية أو العرضية. يتحمل المشتري مسؤولية استخدام منتجاته وتطبيقاته أنسمي المنتجات، بما في ذلك الامتثال لجميع القوانين واللوائح ومتطلبات أو معايير السلامة، بغض النظر عن أي معلومات دعم أو تطبيقات تقدمها com.onsemi. المعلمات "النموذجية" التي يمكن توفيرها في أنسمي يمكن أن تختلف أوراق البيانات و/أو المواصفات باختلاف التطبيقات وقد يختلف الأداء الفعلي بمرور الوقت. يجب التحقق من صحة جميع معلمات التشغيل، بما في ذلك "النموذجية" لكل تطبيق عميل بواسطة الخبراء الفنيين لدى العميل. أنسمي ولا ينقل أي ترخيص بموجب أي من حقوق الملكية الفكرية الخاصة به أو حقوق الآخرين. أنسمي المنتجات غير مصممة أو مخصصة أو مصرح باستخدامها كمكون حاسم في أنظمة دعم الحياة أو أي أجهزة طبية من الفئة 3 من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية أو أجهزة طبية لها نفس التصنيف أو تصنيف مشابه في ولاية قضائية أجنبية أو أي أجهزة مخصصة للزرع في جسم الإنسان. يجب على المشتري شراء أو استخدام أنسمي المنتجات عن أي تطبيق غير مقصود أو غير مصرح به، يجب على المشتري تعويضه والاحتفاظ به أنسمي ومسؤوليها وموظفيها والشركات التابعة لها والشركات التابعة لها والموزعين غير ضارة ضد جميع المطالبات والتكاليف والأضرار والنفقات، وأتعاب المحاماة المعقولة الناشئة عن، بشكل مباشر أو غير مباشر، أي مطالبة بالإصابة الشخصية أو الوفاة المرتبطة بهذا الاستخدام غير المقصود أو غير المصرح به ولو ادعى هذا الادعاء ذلك أنسمي كان مهملاً فيما يتعلق بتصميم أو تصنيع الجزء. أنسمي هو صاحب عمل تكافؤ الفرص / العمل الإيجابي. تخضع هذه الأدبيات لجميع قوانين حقوق النشر المعمول بها وليست قابلة لإعادة البيع بأي شكل من الأشكال.

معلومات إضافية

المطبوعات الفنية:
المكتبة الفنية: www.onsemi.com/design/resources/technical−documentation
أنسمي Webموقع: www.onsemi.com
الدعم عبر الإنترنت: www.onsemi.com/support
لمزيد من المعلومات، يرجى الاتصال بممثل المبيعات المحلي لديك على www.onsemi.com/support/sales