英飞凌EconoDUAL3 IGBT模块安装说明及应用笔记(3)

3 模块装配对散热器的要求

在开关（Tvjop）过程中，必须通过散热器，消散模块产生的功率损耗，以免超过数据表中规定的最高允许温度。详细信息请参阅应用笔记2008-01《结温值定义和使用》。文章来源：http://www.igbt8.com/jc/295.html

模块安装区内的散热器表面条件极其重要，因为散热器与模块之间的导热界面，对将热量从模块传递到环境中的效率有显著影响。

模块底板与散热器表面之间的接触面，必须保持良好状态、无污染，并应采用新的无纺布进行清洁。

模块底板与散热器之间的接触面，不得超过下列值：

- 表面平坦度 30m

- 表面粗糙度Rz  10m

散热器必须具备足够的刚性，以满足装配和随后的装运要求，不对模块的底板造成额外的应力或拉力。在整个装配过程中，特别是当PCB电路板与散热器相连时，不得弯折散热器。

4 导热界面材料的涂敷

由于模块底板和散热器各自具备不同的表面形状，两个结合面之间必然存在空隙。为了消散模块产生的功率损耗，也为了高效地将热流从芯片导入散热器，必须采用导热界面材料（TIM）将这些间隙或空腔填实。最优层厚度可以将所有空气挤出，但却不能防止模块底板与散热器表面之间发生金属间接触。

在涂敷导热膏（TCP）时，必须确保均匀涂敷。

应当选择具备永久弹性的TIM，以确保始终如一的良好导热热阻。填塞TIM时应当避免污染螺孔，以确保不影响螺杆力矩。

4.1 采用丝网印刷术涂敷导热膏

人工涂敷导热膏，要确保厚度仅为数微米的涂层均匀一致，绝非易事。人工涂敷形成的导热膏层在均匀性和可重复性方面，始终令人存疑。因此，建议采用丝网印刷术，涂敷导热膏（请参见图7）。除均匀、可重复地涂敷导热膏之外，这种方法还允许针对单独模块，调节导热膏的分布。

可通过英飞凌的正常渠道，索取针对特定模块的丝网印刷模板图纸建议书。用户必须测试并检验该模板是否适用于特定TCP以及装配过程和应用。

图7： A. 用于涂敷TCP的丝网印刷设备示例 B. 借助丝网印刷模板涂敷TCP

图8所示为采用丝网印刷术涂敷的导热膏在EconoDUAL™ 3模块上的典型分布。

图8 采用丝网印刷术涂敷了导热膏之后的EconoDUAL™ 3模块底板

关于借助丝网印刷模板来涂敷导热膏的更多信息，请参阅应用笔记AN2006-02《借助丝网印刷模板对英飞凌模块涂敷导热膏》。

4.2 替代方法：借助滚筒或抹刀涂敷导热膏

如果无法采用推荐的丝网印刷术来涂敷导热膏，则应借助滚筒或抹刀来涂敷导热膏。所涂敷的导热膏的层厚，一般应在50微米到100微米之间。原则上，取决于厚度d，可将所需导热膏量，换算为下列体积：

d = 50μm  VTCP  0,4cm3

d = 100μm  VTCP  0,8cm3.

既可以借助注射剂来测量体积，也可以从软管中挤出。

可以借助通用滚筒或细齿抹刀来涂敷导热膏。遗憾的是，由此形成的导热膏层在均匀性和可重复性方面，始终令人存疑。为确保和检验装配过程合乎质量要求，以及在培训期间，可借助湿膜梳来控制导热膏的厚度。

5 将模块安装到散热器上

5.1 用于将模块安装到散热器上的螺丝

建议采用下列工具来安装模块：至少达到DIN912 (ISO4762)、ISO 7380、DIN6912和DIN7984等标准中规定的6.8级性能的DIN M5螺栓；加上符合DIN433或DIN125标准的适用垫圈和弹性垫圈，或者与之相当的组合垫圈。

EconoDUAL™3模块数据表中规定的间距和爬电距离是在未装配、未连接的模块上的最短间距和爬电距离。

在开发阶段，依照有效标准，为安装模块选择适用的M5螺丝、垫圈和弹性垫圈时，建议考虑所形成的电源端子与最近的螺丝头或垫圈之间的间距和爬电距离。

5.2 将模块安装到散热器上

安装模块时，必须遵循允许的容差。相关数据表上给出了详细的信息和模块图纸。

装配过程造成的模块对散热器的夹紧力，取决于所施加的力矩和散热器的条件。数据表中规定的下列力矩值，是采用具备M5气密螺纹的钢质螺丝在铝质散热器上测得，其典型摩擦系数为μG=0,2…μG=0,25（μG=散热器内部螺纹的摩擦系数）：
Mmin=3Nm to Mmax=6Nm.

必须遵循推荐的操作顺序，采用规定的力矩，将模块紧固螺丝一律拧紧。

螺丝和/或散热器材料的其他组合，可能要求调节这些机械参数。

为确保模块与散热器之间良好的导热接触，建议在拧紧4颗M5紧固螺丝时，遵循下列操作步骤：

1. 将涂敷了导热膏的模块，放置在散热器上并用螺丝固定。

2. 按下列顺序，以0.5Nm力矩，固定螺丝（用手拧紧，交叉执行）。

螺丝编号：1 – 2 – 3 – 4

3. 按同样的顺序，以3Nm – 6Nm力矩，拧紧螺丝（交叉执行）。

螺丝编号：1 – 2 – 3 – 4

取决于所用导热膏的粘度，可能要求执行一个中间步骤2a，特别是对于高粘度导热膏。这个额外的操作步骤将允许导热膏在装配过程中，根据模块底板和散热器的形状合理分布。取决于所用的导热膏，等待一段时间之后，再执行步骤3。

2.a. 按同样的顺序，以2Nm左右力矩，拧紧螺丝（交叉执行）。

螺丝编号1 – 2 – 3 – 4

图 9 将模块安装到散热器上时拧紧螺丝的顺序

在使用导热膏时，可能有必要（取决于导热膏的类型）在加热试验之后，检查紧固螺丝的正确拧紧力矩值。在使用导热薄膜来代替导热膏时，强烈建议执行这项额外检查。应用笔记和所给出的力矩值，仅当使用导热膏时有效。因此，绝对有必要采用所拟使用的导热薄膜，自行执行试验和测量！在选择用在模块与散热器之间的导热界面材料时，应当考虑其导热接触性能和长期稳定性，并咨询导热界面材料才生产商。

6 将母线排连接至电源端子

连接模块时，必须遵循单独数据表中给出的允许容差。应当将直流电源侧，连接至采用层压材料的母线排，以最大限度地降低杂散电感，使开关过冲电压保持尽可能低。必须确保依照相关数据表，严格遵守关于电源端子和IGBT 芯片上的最高允许电压的规定（请参见RBSOA）。

连接电源端子时，要求采用至少达到6.8 级性能的DIN M6 螺丝，加上适用的垫圈和弹性垫圈，或者完整的的组合垫圈。应当采用推荐力矩，将之拧紧：

Mmin=3Nm 至 Mmax=6Nm.

在选择螺丝长度时，必须从螺丝总长度中扣除连接部分的层厚。旋入模块螺纹的有效长度，不得超过规定的最大深度10 毫米。

将连接部分安装在电源端子上时，必须确保在装配过程或后来的操作中，不会超过规定的力度（请参见图10）。