手把手教你學IGBT模塊安裝
經(jīng)驗表明，功率半導體模塊的早期失效主要與不正確的安裝有關(guān)，同時不正確的安裝會導致不必要的過高的結(jié)溫，這樣會大大減少模塊的工作壽命。所以模塊的正確安裝至關(guān)重要。正確的安裝過程一般要按照以下順序進行：1.清理安裝表面；2.選擇合適的安裝位置;3.涂敷導熱脂;4.安裝緊固模塊;5.連接模塊的端子到應用電路.
安裝表面的處理
為在功率模塊和散熱器之間獲得最佳熱阻，首先,模塊基板和散熱器應該是完好無損的，并且表面應被清理和除塵。再者，對于安裝表面粗糙度有一定要求，粗糙度是指表面每處對表面高度的平均偏離程度，散熱片的粗糙度不應超過10um，這是因為在這么一個范圍內(nèi)，表面的凹凸不平在涂敷導熱脂以后能夠很好地接觸在一起，減少接觸熱阻。平整度是指相對于參考平面，測試平面在一定范圍內(nèi)的偏離程度，不平整度則在10cm的范圍內(nèi)不得大于20um，如果不平整度超過這個范圍，模塊緊固后，模塊的基板在垂直方向上會受到不均勻的力，這樣一來會導致模塊內(nèi)部受到不均勻的應力而損壞。
安裝位置的選擇
因為模塊工作時的熱阻隨著模塊的安裝位置的變化而變化，所以在安裝模塊時一定要選擇合適的位置來進行安裝。當在散熱片上只需安裝一個模塊的時候，應將其放置在散熱片的正中心，這樣一來可以減小其工作熱阻。當要在同一散熱片上安裝多個模塊的時候，每一個模塊的位置必須根據(jù)其在工作時產(chǎn)生的熱量來進行安排，以允許產(chǎn)生熱量較多的模塊能及時將其散出，模塊間的熱量分布盡量一致。
導熱脂的涂敷
當模塊工作時有很大的散熱量時，在模塊與散熱片之間的空隙必須被填上良好的導熱材料，要不然的話，模塊基板與散熱片之間的熱阻會很大，并且與兩者的表面粗糙度密切相關(guān)，一般這種專用的導熱脂的熱阻約為60℃/W/in，而空氣的熱阻為1200℃/W/in,可見導熱脂的熱阻遠小于空氣的熱阻，涂上導熱脂以后可以極大地減小接觸熱阻，改善模塊的散熱性能。為了避免在模塊和散熱片之間產(chǎn)生空隙，我們必須在兩者的接觸面圖涂上導熱脂，其主要功能是減小兩者之間的接觸熱阻，形成良好的金屬-金屬接觸界面。
在將功率模塊安裝到散熱器之前，兩者中的接觸面均應涂上一層均勻的、盡可能薄的導熱脂，厚度一般控制在50um到100um之間。在涂導熱脂的時候一定要注意控制導熱脂的厚度，這是因為，如果過厚的話，就會不必要地增加兩者的接觸熱阻，而如果過少的話，兩者的接觸面之間就會留有空隙，同樣會增加接觸熱阻。推薦使用無絨毛的刷子或橡膠滾輪來完成這一工作，我們應該根據(jù)安裝面積和兩者的表面情況來計算所需的導熱脂的用量，可以使用專用的量具來控制用量，在模塊的邊緣能觀察到導熱脂的界線就說明所涂的量就已經(jīng)足夠了，過多的導熱脂應該被按壓出來。
為了控制涂敷的導熱脂的厚度及分布的均勻性，我們推薦使用專用的涂布掩膜(mask)
可采用一個橡膠滾輪來涂敷。我們推薦使用P12導熱脂（由WackerChemie制造），但它含有少量硅脂。不含硅脂的導熱脂如WLPF5（由Fischer-Elektronik制造）也同樣適用，如果模塊和散熱片上有較大面積脫離接觸（如上圖右所示），使用以后在基板上就會發(fā)現(xiàn)空白區(qū)域，而涂布得較好的區(qū)域呈樹枝狀。下面是針對幾種類型的模塊，導熱脂的推薦用量：
140mmx73mm模塊：1.02cm3=0.06in3；
140mmx130mm模塊：1.82cm3=0.11in3；
140mmx190mm模塊：2.66cm3=0.16in3；
螺栓的安裝
在涂好導熱脂以后，將模塊正確放置在散熱片上，注意此后避免任何不必要的移動，首先將用于緊固的螺栓插入對應騾孔，先用手均勻旋入（力矩約為0.5Nm），旋入深度為總深度的一半左右，然后再用工具進行緊固，所有的用于將模塊固定在散熱片上的螺栓應該用一致的力矩進行緊固，一般控制在3Nm到6Nm之間,具體大小可查閱數(shù)據(jù)手冊。應竭力避免重復安裝螺栓，每種模塊都有一個最大的固定的重復安裝次數(shù)。
為了獲得好的熱接觸，螺栓的緊固應按照一定的次序，螺栓的安裝應使用特殊的工具，按照對角線次序進行，同時在安裝的時候注意不要破壞導熱脂的均勻性，作為示例，我們推薦按照以下次序緊固這8個螺栓：
用手以大約0.5Nm的力矩按以下次序擰上各螺栓：2-6-3-7-4-8-1-5；
以3Nm到6Nm的力矩按同樣次序緊固各螺栓：2-6-3-7-4-8-1-5；
當使用電動或氣動螺絲起子來進行第一步安裝的時候，必須保證力矩不超過0.5Nm，第二步安裝應用手動配合力矩扳手來完成，不論是銅基板還是AlSiC基板，這么一個安裝程序要嚴格遵循，以使模塊的基板和散熱片逐步而緊密地與散熱片結(jié)合在一起。因為導熱脂的滲透作用，在條件允許時，應在數(shù)小時之后再次緊固螺栓。為了將模塊正確地固定在散熱片上，我們推薦在散熱片上采用三點式定點固定
采用這種固定方法的時候，務必保證模塊的邊緣在安裝的過程中沒有被損壞。同樣為了避免有任何額外的力加在端子上，螺栓的插入深度必須加以控制，在選擇用于緊固功率端子的螺栓時，注意螺栓的有效長度應控制在6.5mm到10mm之間，而且，在計算有效長度的時候，應將母線的厚度加進去。母線與功率端子的連接應該使其承受盡可能小的力，即使在很惡劣的條件下。
在模塊上安裝螺栓夾
首先應將鉤狀的螺栓夾穿過模塊的相應部位（如圖b），將螺栓夾插入至其第一個鎖住位置（如圖c），這樣才可以進行后面的操作。然后用力F1（大約10N左右）將螺栓夾后部下壓使其鉗在模塊的側(cè)面，如圖所示。
電源母線（Busbar）的安裝
為了減小功率端子上的拉力，直流電源母線必須另外通過專門的支柱加以支撐。
功率端子的受力最好沿著與基板垂直的方向，沿著其它方向的力應予以避免。
這些因素同樣在母線的耐力范圍中予以考慮。
模塊端子的受力限制
模塊的功率端子應避免承受任何方向的大的拉力，應保證安裝點是牢固而有效的，這樣安裝和應用中相關(guān)的力僅作用在模塊的固定板上，而不是模塊本身。
連接的拉力限制
半橋模塊(Half-Bridge)模塊的安裝應保證每一個功率端子承受的拉力不超過200N，每一個控制端子所承受的拉力不超過50N
連接的壓力限制
半橋模塊(Half-Bridge)模塊的安裝應保證每一個功率端子承受的壓力不超過100N
單個開關(guān)(SingleSwitch)模塊的安裝應保證每一個功率端子承受的壓力不超過200N
IGBT模塊安裝其它注意事項：
1.主端子，控制端子不要采用回流焊，其它部分焊接時的熱量，焊劑，清洗劑等不要影響到模塊。
2.請避免溫度、濕度的急劇變化，特別是模塊的表面不能結(jié)露。
3.不能放在腐蝕性氣體，塵埃多的場所。
4.安裝的IGBT、IC是抗靜電能力弱的元件，應避免高壓靜電加于主端子，控制端子上。
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