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SKiiP-技术

SKiiP®-技术一种特殊的压力连接技术,它对所有功率模块都会在提高功率、延长使用寿命、提高可靠性和降低成本上带来益处。SKiiP®-技术最关键一点就是消除了到基板和端口的焊点。所以,基板可以省去2 到5 毫米的铜板,代替它的是绝缘材料DCB,通过焊接或者烧结制作成为芯片外壳。通过压力连接件或接线端口,直接把模块压在冷却板上。
这种连接方式有一个很大的好处,就是使陶瓷质基板(热伸缩系数为4 -7 ·10-6/K)同金属铜质的底板(热伸缩系数为17.5 ·10-6/K)之间没有用焊剂的焊接联系,而且也没有大面积的焊接。这就避免了因为温度变化在不同物质产生不同的张力影响。连接端口也能使用压力连接。在大功率范围有一系列模块是采用SKiiP®-技术制造的,另外,SKiM, MiniSKiiP, SEMITOP 和大部分的SEMIPONT 都采用了SKiiP®-技术。
安装和端口技术
如今大部分的功率模块使用封闭外壳,并用螺钉,插头,焊接点和弹簧片来连接
晶体管模块
最广泛的使用的是螺丝端口的电源模块类型,主要线路接口可通过电流母线或三明治结构连接。对于控制和检测接口(如发射极控制,集电极检测)经常提供单独的接口,以尽量减少在开关期间,这些电路受主电路影响而感应产生的电压差。辅助端口通常被设计为2.8 毫米平板插件连接或者是电路板弹簧片连接。
对于电流小于100A 的半导体元器件,直接电路板安装有一个非常重要的意义,因为它们能自动装配生产,因此就降低了成本。优化的线路布局可使感应电感降到最小。连接端口将使用焊接(如SEMITOP,EconoPACK),压力弹片或弹簧(如MiniSKiiP)。对于更高的负载电流是由几个端口并联来连接。问题是(在特大电流时)要求尽可能高的导线截面和尽可能长的蠕线连接。因此,它能使元器件的最大功
率和最高电压提高到另一个档次。
弹簧(片)连接
图2.5.5 弹簧(片)连接件
弹簧触点连接在电路板组装时,比焊接和插头连接多一些优势:
- 更好地利用线路板面积和更容易布线,因为不必打孔。
- 更简单,易于实现自动化装配,因为没有大规模和低于一定误差要求的插入焊
洞的元器件。
- 在焊接完电路板和初步审查散热器后才开始装配的(重贵)功率半导体。
- 因为接触点能自由滑动,所以具有更高的温度适应度
- 更高的耐冲击和振动性能(无焊点疲劳)
- 准密封接触,抗腐蚀
- 无电子迁移
机械自振频率
弹簧片很轻,它的自振频率(> 1 kHz)远远高于模块的震荡频率。
弹簧的共振频率分析
接触力:弹簧的接触力在 2 到10 kN/cm²。一个可靠的连接应能承受100 G (SKiM63/93)的冲击载荷。这个标准明显高于插件连接,而在螺丝连接的标准范围内。
螺丝,插件和弹簧连接的比较
电磁感应: MiniSKiiP 中的弹簧(图2.5.5)产生的感应电感仅略高于焊结头。然而在SEMiX,SKiM和SKiiP 的控制电路中使用的线圈弹簧,具有较高的电感。它在100 nH的范围内。
其中 μ=μ0=1,26 μH/m
l=10 mm (在压缩下的长度);
D=2 mm (内部直径);
n=17 (圈数);
这相当于常见的在模块辅助端口连接中10 厘米连接线产生的电感。如果驱动板是直接连在线圈弹簧的上方,那么内部和外部控制电路的总电感量甚至明显低于标准模块连接线产生的电感量。
SEMITRANS 模块 a)和 SEMiX 模块b)的控制连接
有效连接表面(Landing Pad):弹簧(片)应有一个镀银的表面,电路板的接触面必须镀锡(化学元素 Sn,HAL-Sn Hot Air Leveling)或镍/金表面(大于3 微米的镍层,大于20 纳米金层)。

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