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We Reach Further 无底板模块安装指南 应用手册 版本 Rev.

02 如果您对本应用手册有任何的疑问,欢迎发送邮件至 [info@njsme.com] 南京银茂微电子制造有限公司 公司愿景:做世界功率器件市场知名的民族品牌 公司地址:江苏省南京市溧水经济开发区秀山西路

9 号银茂工业园 无底板模块安装指南 Page

1 Appliacation Note www.njsme.com 目录

1 简介

2 2 推荐的安装流程

3 3 导热硅脂的使用

4 3.1 导热硅脂的厚度

4 3.2 导热硅脂的涂覆

4 3.3 单次印刷数量

6 3.4 印刷过程

6 4 模块到散热器的安装

9 4.1 散热器的要求

9 4.2 硬连接模块与散热器的安装

9 4.3 软连接模块与散热器的安装

11 5 模块与 PCB 之间的安装

12 5.1 模块与 PCB 通过螺丝安装.13 5.2 模块与 PCB 通过卡勾配合.13 5.2.1 2-clip 模块手动安装.14 5.2.2 2-clip 模块治具压入.15 5.2.3 4-clip 模块手动安装.16 5.2.4 4-clip 模块治具压入.16 5.2.5 卡扣和弹子允许的变形

17 6 PCB 与散热器的安装

18 7 焊接的建议

19 8 版本历史

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1 简介 功率半导体模块的失效, 一定数量上是由于错误的安装造成的 (特别是无底板模块, 如B2, B3,B9,A1,C7) . 由于无底板模块没有散热铜底板,安装到散热器上时 DBC 直接与散热器接触,而DBC 陶 瓷为脆性材料,错误的安装会导致 DBC 承受应力而产生机械损伤,从而降低模块寿命.正确的 安装可以有效提高模块的工作安全性,可靠性和寿命. 本安装指南基于银茂微电子多年经验, 主要介绍了硬连接和软连接两种类型的无底板模块 安装,此方法同样适用于其他系列无底板模块. B2 B3 B9 A1 C7 图1典型的硬连接无底板模块 B3I B9I 图2典型的软连接无底板模块 图1和图

2 分别展示了典型的硬连接和软连接无底板模块.软连接模块有不锈钢的弹片, 在将模块安装到散热器上时,应力可以被弹片吸收,从而减少安装时 DBC 陶瓷所受的机械应 力. 无底板模块安装指南 Page

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2 推荐的安装流程 无底板模块安装我们推荐如下安装流程: 涂覆导热硅脂→模块安装至散热器→PCB 安装至模块→固定 PCB 与散热器→焊接端子 本安装指南中的 B3/B3I,B9/B9I,A1,C7 模块均可按照推荐的安装流程安装.对于 B2 模块,必须要先将模块安装到 PCB 上,通过模块上的卡勾配合,因此要按照图

3 的方式,PCB 上 要留过孔. 注意:为方便售后维修,建议增加 PCB 通孔,从而更容易将模块拆下.孔的大小要根据螺 丝刀、螺钉以及垫片的尺寸来确认. 图3无底板模块安装指南 Page

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3 导热硅脂的使用 由于 DBC 安装面存在曲率,且DBC 安装面和散热器表面并不完全平整,如果两者直接接 触,必将存在气隙,增加热阻,影响模块向散热器的热传导.因此安装模块时需要在两者之间 需要涂抹导热硅脂以填充 DBC 铜层和散热器之间的气隙, 使散热器表面与模块有良好的接触, 以形成良好的热传导. 3.1 导热硅脂的厚度 由于无铜底板模块的底板是陶瓷覆铜基板,基本呈脆性状态,因此在安装过程中,底板的 变形量必须控制在 50μm 以内,以保证中间陶瓷层不发生碎裂.因此,无底板模块的安装扭矩 就变得较小,导热硅脂在模块安装过程中的挤出性变差,所以导热硅脂层的理想厚度,需要控 制在较小的范围内. 推荐的导热硅脂的有效厚度为 80-120μm,导热硅脂厚度过小会导致模块与散热器之间存 在气隙,模块温升过大;

导热硅脂厚度过大会使硅脂层的热阻过大,增大整个模块的热阻. 理想的状态是:填满了所有的空隙,同时阻止底板和散热器表面直接金属接触. 3.2 导热硅脂的涂覆 涂覆的方式有三种,分别是:刮刀刮,滚筒滚或钢网印刷.推荐采用钢网印刷方式涂覆导 热硅脂.钢网印刷的优势如下: ? 导热硅脂只会被涂覆在需要涂覆的区域,效率高 ? 导热硅脂的厚度可控,印刷的一致性较好 ? 多余的导热硅脂可以刮下来,继续用于下一次的印刷,减少了导热硅脂的损耗 钢网印刷的图形类似蜂巢, 我司安装试验的印刷和涂覆效果见下图(安装试验所用的钢网 厚度为 120um,模块安装后,导热硅脂铺开,有效厚度是 80um) . 无底板模块安装指南 Page

5 Appliacation Note www.njsme.com 印刷效果 涂覆效果 B2 B3 B3I B9 A1 图4印刷效果和涂覆效果 无底板模块安装指南 Page

6 Appliacation Note www.njsme.com 3.3 单次印刷数量 为了保证印刷的效果,单次印刷的模块数量不宜过多,推荐的单次印刷数量见下表. 模块 推荐的单次印刷数量 B2

12 B3/B3I

12 B9/B9I

9 A1

12 C7

9 3.4 印刷过程 1. 准备钢网和治具 图5建议每次印刷过后清洗钢网,避免残留物影响印刷效果. 无底板模块安装指南 Page

7 Appliacation Note www.njsme.com 2. 将钢网和模块放进治具中 图6钢网和印刷治具是匹配的,钢网开口与下面模块一一对应. 图7固定模块的工装 无底板模块安装指南 Page

8 Appliacation Note www.njsme.com 3. 印刷导热硅脂 图8推荐使用刮刀将导热硅脂印刷至模块底部,刮刀的宽度应大于印刷宽度(d1>

d2). 模块锁紧后,底部四周有少量硅脂溢出,则证明涂覆效果良好. d1 d2 无底板模块安装指南 Page

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4 模块到散热器的安装 4.1 散热器的要求 模块内的功率损耗是通过散热器耗散的,目的是在工作期间,不得超过数据手册中提到的 最大结温 Tj. 当模块和散热器的接触面发生热量传递时,模块和散热器表面接触的区域是尤为重要的. 模块和散热器的表面必须是无劣化和无污染, 目的是阻止额外的机械应力施加在模块上以 及额外地增加热阻. 散热器要求: 粗糙度:≤

10 ?m 平整度:≤

50 ?m 注意: 散热器的平整度不应超出上述的值,这个区域包括整个模块安装区域和接触的那部分. 4.2 硬连接模块与散热器的安装 模块安装到散热器上,可以根据数据手册上的介绍,选择合适的安装螺钉,参考下表中推 荐的预紧扭矩和拧紧扭矩. 模块 安装螺丝 预紧扭矩(N・ m) 拧紧扭矩(N・ m) B2 M4 0.5~0.75 0.75~1.2 B3 M4 0.5~0.75 0.75~1.2 B9 M4 0.5~0.75 0.75~1.2 A1 M3 0.5~0.75 0.75~1.2 C7 M4 0.5~0.75 0.75~1.2 模块被安装到散热器上时, 要注意模块上的安装孔位要与散热器的螺丝孔位精准对齐.这 个安装表面必须保持清洁和无污染的. 在模块的位置摆正时,应当先按照对角对称方向的拧紧螺丝,并先预紧,后拧紧.拧紧螺 钉时,应注意不要突然加力让模块 DBC 承受较大的应力. 无底板模块安装指南 Page

10 Appliacation Note www.njsme.com 对于四个安装孔的模块,建议预紧时按照 1→2→3→4 的顺序拧,拧紧时按照 4→3→2→1 的顺序拧. 图9对于两个安装孔的模块,在模块的位置摆正后,也是先预拧,再拧紧. B2 B3 C7 B9 图10 无底板模块安装指南 Page

11 Appliacation Note www.njsme.com 4.3 软连接模块与散热器的安装 对于软连接模块,拧紧扭矩比硬连接模块稍大,推荐使用垫圈,参考下表中的预紧扭矩和 拧紧扭矩. 模块 安装螺丝 预紧扭矩 拧紧扭矩 B3I M4 0.5~0.75 1.0~1.5 B9I M4 0.5~0.75 1.0~1.5 推荐安装时加一个 M4 平垫圈,垫圈厚度 0.3-0.5mm,垫片材质为不锈钢或镀锌铁.首先 将模块对准安装孔,然后拧入第一个螺丝,轻轻的拧上即可,不要在弹片上加力,然后拧入第 二个螺丝,先预拧,再完全拧紧,最后将第一个仍然松的螺丝完全拧紧. 图11 无底板模块安装指南 Page

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5 模块与 PCB 之间的安装 模块与 PCB 之间的安装,需要根据模块本身来选择合适的安装方式.以下列举了三种情 况,其他无底板模块类似,客户可根据实际应用的模块判断. B3/B3I,B9/B9I,C7 B2 A1 模块壳体上有 PCB 安装孔, 通过自攻螺丝安装 模块壳体上有卡勾, 通过卡勾与 PCB 孔配合 无其他安装, 只需将端子与 PCB 焊接 B3 B2 (2-clip) A1 B9 B2 (4-clip) C7 图12 无底板模块安装指南 Page

13 Appliacation Note www.njsme.com 5.1 模块与 PCB 通过螺丝安装 首先将模块上的端子插入 PCB,然后在模块的

4 个顶角上拧上螺丝.为了更安全的安装, 推荐的安装工具是低转速的电动螺丝刀,其转速 n≤

300 rpm.由于缺乏精准性,我们不推荐使 用气动螺丝刀或手动螺丝刀,推荐的螺丝和扭矩见下表. 模块 推荐的螺丝 推荐扭矩 B3/B3I,B9/B9I M2.5 x

8 0.4N・ m C7 M2.5 x

6 0.4N・ m 图13 为了选定螺钉的长度,PCB 板的厚度必须计算在内,假设 PCB 的厚度为 2mm,那么至少 再有 2mm 螺丝深度才能保证 PCB 牢靠性.如图,对于 B3/B3I,B9/B9I 模块,拧进模块的深度 最多 8mm,否则会有顶开壳体的风险. 另外需注意的是: 在安装螺丝的最初 1.5mm 时, 螺丝仅仅作为引导用, 所以不要太用力, 继续拧固时,塑料壳体的螺纹将会自然形成. 为了避免壳体损伤或裂开,在将螺丝打入螺纹孔的时候,请注意观察是否有倾斜. 5.2 模块与 PCB 通过卡勾配合 本小节主要介绍 B2 模块与 PCB 安装,B2 模块按照卡勾数量可以分为 2-clip 和4-clip. 安装有两种方式,一种是手动按压,另一种是使用按压治具自动按压. 最多 8mm PCB 厚度约 2mm 总长度不超过 10mm, 推荐螺丝长度 8mm 无底板模块安装指南 Page

14 Appliacation Note www.njsme.com 5.2.1 2-clip 模块手动安装 把模块的引脚插入 PCB 中,然后让卡扣卡住 PCB,PCB 不允许有毛刺. 推clip,所需要的力: ? 17mm 的模块,需要 12N 的力 ? 12mm 的模块,需要 40N 的力 12mm 模块 17mm 模块 1. 将模块引脚插入 PCB 上,轻轻按压模块任意一侧,直到该侧的夹子被锁定为止 2. 按另一侧,锁定另一边的卡扣 3. 安装完成 图14 无底板模块安装指南 Page

15 Appliacation Note www.njsme.com 5.2.2 2-clip 模块治具压入 12mm 模块 17mm 模块 通过按压治具安装 图15 无底板模块安装指南 Page

16 Appliacation Note www.njsme.com 5.2.3 4-clip 模块手动安装 1. 将模块引脚插入 PCB 上,轻轻按压模块任意一侧,直到该侧的夹子被锁定为止 2. 按另一侧,锁定另一边的卡扣 3. 安装完成 图16 5.2.4 4-clip 模块治具压入 图17 无底板模块安装指南 Page

17 Appliacation Note www.njsme.com 5.2.5 卡扣和弹子允许的变形 图18 12mm 模块,最大允许的形变量 图19 17mm 模块,最大允许的形变量 允许卡扣和弹子最大的力和位移: 外壳 卡扣 弹子 最大力 最大位移 最大力 最大位移 12mm........