=阜新嘉隆电子有限公司 陈妍 阜新辉瑞机械有限公司 李 猛 【摘要】本文通过对功率半导体模块压接结构工艺的的理论分析,提出了在其结构设计上的一些改进措施。
【关键词】热阻;压接式;功率模块;降压;穿通
Abstract:This article focuses on the theoretical analysis of pressure structure technology of the power semiconductor module.Described some improvement in its structure design.
Key words:thermal resistance;pressure structure;power module;reduced voltage;breakdown
1.引言
功率半导体模块以其体积小,使用方便等优点,在市场上的使用越来越广,如变频器,功率补偿器,软启动器,近年来在风电领域上也得到了广泛应用。
对于压接式功率模块,其装配工艺尤为重要,本人根据多年对“压接式功率模块”的研究,提出了对于提高功率模块压接质量的一些看法,仅供同仁们探讨。
2.压接式功率模块结构简介
2.1 压接式模块概念
所谓电力半导体压接式功率模块,就是把一个、两个或多个电力半导体芯片,按照一定的电路连接形式,采用机械组装法将其密闭封装在一个绝缘壳体内,以实现其特定功能的模块化独立器件产品。
2.2 压接功率模块的组成
压接式功率模块主要由芯片、铜底板、碟簧、内六螺丝、压板,平垫、电极柱、瓷片、绝缘管、塑壳等部分组成。
3.压接功率模块装配工艺分析与改进措失
3.1 材料的选取
3.1.1 芯片的选取
因模块封装是单面散热而且是绝缘形的,所以其热阻大,不易散热,这就要求芯片参数在选取上应较双面散热更严格。也就是说在过流相同,壳温相同的条件下,以模块形式封装的芯片其VTM 、 IDRM 、 IRRM都应较双面散热要小,这样才能保证其过流能力。
3.1.2 瓷片的选取。
模块特性的好坏,很大程度上取决于绝缘和散热的优化处理。现模块使用的高绝缘强度,高导热率的陶瓷基片主要有四种:氧化铍,氧化铝,碳化硅和氮化铝。其性能对比分析如表1。
通过以上对比,ALN陶瓷基片其导热率高,绝缘电压高,热膨胀系数与硅材料相近,电性能优良,机械强度高等优点,成为首选,但其价格偏高。
3.1.3 灌封胶的选用。
优良的灌封胶既可以保证模块的电学性能,有利于模块在应用中的应力释放,又可以保护模块不受污染,提升模块防湿潮和防腐蚀性能。好的灌封胶应具有性能如表2。
3.1.4 其它部件选用
压接式功率模块中的碟簧,垫片,铜电极等都应严格按标准进行检验,合格后方可使用,以保证装配后产品使用的可靠性。
3.2 压接功率模块装配注意事项
压接功率模块装配的关键是最大限度的降低接触热阻,所以瓷片在装配前,其两面全要涂导热脂,这样可以有效的降低接触热阻,其次采用合适的压力也能改善其接触热阻。经实验,以400A模块为例,绘制出压力——接触热阻关系曲线图1。
从上面可以看出,当压力加大到一定数值后,接触热阻很少变化,所以压力过大非但没有好处,反而损坏硅单晶,造成芯片降压或穿通,大量的实验证明确实如此,必须引起足够注意。
压接模块灌胶后必须在真空中脱泡,否则其绝缘强度就会降低。
3.3 压接功率模块的工艺改进。
压接模块在装配中,芯片有的是正装,有的是反装,反装芯片其接触面积小,热阻大,过流能力低,所以本人认为应尽量的避免芯片倒装,可以通过改变电极的结构使其成为正装,另外芯片阴极面应避免使用铝垫片为缓冲接触层,最好使用铜镀银垫片,因铝的电导率与铜相比要差很多,当然用银更好,但其价格昂贵,使用铜做缓冲接触垫片后,其压降会大大降低,模块的过流能力、使用寿命会有很大的提高。
4.结束语
从以上论述可见,压接功率模块的质量好与坏,与材料,装配工艺有很大的关系,只要我们在实践中不断的总结,创新,一定会生产出满足客户要求的优质产品。
参考文献
[1]电力半导体器件原理[M].机械工业出版社.
[2][英]P.D.TAYLOR著.晶闸管的设计与制造[M].
[3][捷克]维捷斯拉夫.本达,[英]约翰戈沃著.功率半导体器件-理论及应用[M].
作者简介:
陈妍,1994年毕业于沈阳航空工业学院,大学本科,硕士,高级工程师,现供职于阜新嘉隆电子有限公司。
李猛,1994年毕业于辽宁电子工业学校,大学专科,电子工程师,1994-2011供职于阜新嘉隆电子有限公司,现供职于阜新辉瑞机械有限公司。