手把手教你學(xué)IGBT模塊安裝
經(jīng)驗(yàn)表明，功率半導(dǎo)體模塊的早期失效主要與不正確的安裝有關(guān)，同時(shí)不正確的安裝會(huì)導(dǎo)致不必要的過高的結(jié)溫，這樣會(huì)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(jìn)行：1.清理安裝表面；2.選擇合適的安裝位置;3.涂敷導(dǎo)熱脂;4.安裝緊固模塊;5.連接模塊的端子到應(yīng)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(yīng)該是完好無損的，并且表面應(yīng)被清理和除塵。再者，對(duì)于安裝表面粗糙度有一定要求，粗糙度是指表面每處對(duì)表面高度的平均偏離程度，散熱片的粗糙度不應(yīng)超過10um，這是因?yàn)樵谶@么一個(gè)范圍內(nèi)，表面的凹凸不平在涂敷導(dǎo)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(duì)于參考平面，測(cè)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(gè)范圍，模塊緊固后，模塊的基板在垂直方向上會(huì)受到不均勻的力，這樣一來會(huì)導(dǎo)致模塊內(nèi)部受到不均勻的應(yīng)力而損壞。
安裝位置的選擇
因?yàn)槟K工作時(shí)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(shí)一定要選擇合適的位置來進(jìn)行安裝。當(dāng)在散熱片上只需安裝一個(gè)模塊的時(shí)候，應(yīng)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(dāng)要在同一散熱片上安裝多個(gè)模塊的時(shí)候，每一個(gè)模塊的位置必須根據(jù)其在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量來進(jìn)行安排，以允許產(chǎn)生熱量較多的模塊能及時(shí)將其散出，模塊間的熱量分布盡量一致。
導(dǎo)熱脂的涂敷
當(dāng)模塊工作時(shí)有很大的散熱量時(shí)，在模塊與散熱片之間的空隙必須被填上良好的導(dǎo)熱材料，要不然的話，模塊基板與散熱片之間的熱阻會(huì)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(dǎo)熱脂的熱阻約為60℃/W/in，而空氣的熱阻為1200℃/W/in,可見導(dǎo)熱脂的熱阻遠(yuǎn)小于空氣的熱阻，涂上導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)涂上一層均勻的、盡可能薄的導(dǎo)熱脂，厚度一般控制在50um到100um之間。在涂導(dǎo)熱脂的時(shí)候一定要注意控制導(dǎo)熱脂的厚度，這是因?yàn)�，如果過厚的話，就會(huì)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(huì)留有空隙，同樣會(huì)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(yīng)該根據(jù)安裝面積和兩者的表面情況來計(jì)算所需的導(dǎo)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(dǎo)熱脂的界線就說明所涂的量就已經(jīng)足夠了，過多的導(dǎo)熱脂應(yīng)該被按壓出來。
為了控制涂敷的導(dǎo)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(gè)橡膠滾輪來涂敷。我們推薦使用P12導(dǎo)熱脂（由WackerChemie制造），但它含有少量硅脂。不含硅脂的導(dǎo)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(huì)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(duì)幾種類型的模塊，導(dǎo)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(dǎo)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(dòng)，首先將用于緊固的螺栓插入對(duì)應(yīng)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(jìn)行緊固，所有的用于將模塊固定在散熱片上的螺栓應(yīng)該用一致的力矩進(jìn)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(cè)。應(yīng)竭力避免重復(fù)安裝螺栓，每種模塊都有一個(gè)最大的固定的重復(fù)安裝次數(shù)。
為了獲得好的熱接觸，螺栓的緊固應(yīng)按照一定的次序，螺栓的安裝應(yīng)使用特殊的工具，按照對(duì)角線次序進(jìn)行，同時(shí)在安裝的時(shí)候注意不要破壞導(dǎo)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(gè)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(dāng)使用電動(dòng)或氣動(dòng)螺絲起子來進(jìn)行第一步安裝的時(shí)候，必須保證力矩不超過0.5Nm，第二步安裝應(yīng)用手動(dòng)配合力矩扳手來完成，不論是銅基板還是AlSiC基板，這么一個(gè)安裝程序要嚴(yán)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?yàn)閷?dǎo)熱脂的滲透作用，在條件允許時(shí)，應(yīng)在數(shù)小時(shí)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(diǎn)式定點(diǎn)固定
采用這種固定方法的時(shí)候，務(wù)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(shí)，注意螺栓的有效長(zhǎng)度應(yīng)控制在6.5mm到10mm之間，而且，在計(jì)算有效長(zhǎng)度的時(shí)候，應(yīng)將母線的厚度加進(jìn)去。母線與功率端子的連接應(yīng)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(yīng)將鉤狀的螺栓夾穿過模塊的相應(yīng)部位（如圖b），將螺栓夾插入至其第一個(gè)鎖住位置（如圖c），這樣才可以進(jìn)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(yīng)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(yīng)避免承受任何方向的大的拉力，應(yīng)保證安裝點(diǎn)是牢固而有效的，這樣安裝和應(yīng)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(yīng)保證每一個(gè)功率端子承受的拉力不超過200N，每一個(gè)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(yīng)保證每一個(gè)功率端子承受的壓力不超過100N
單個(gè)開關(guān)(SingleSwitch)模塊的安裝應(yīng)保證每一個(gè)功率端子承受的壓力不超過200N
IGBT模塊安裝其它注意事項(xiàng)：
1.主端子，控制端子不要采用回流焊，其它部分焊接時(shí)的熱量，焊劑，清洗劑等不要影響到模塊。
2.請(qǐng)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(chǎng)所。
4.安裝的IGBT、IC是抗靜電能力弱的元件，應(yīng)避免高壓靜電加于主端子，控制端子上。
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