www.siplace.ru

Оборудование для SMD линии

dialsmt.ru

SMT оборудование.
Сделано в России

www.compensation.ru

Оборудование для компенсации реактивной мощности и щитовое оборудование

www.contaclip.ru

Электротехническая продукция. Измерительные приборы

www.dialelectrolux.ru

Электронные компоненты

бесплатный номер для регионов

+7 (495) 995-20-20

сделать заказ, задать вопрос

sales@dialcomponent.ru

отправить письмо

Новости

Поздравляем с открытием ЧМ 2018!

Подробнее

Поздравляем с Днем великой Победы!

Подробнее

Календарь событий

Март 2014

Статьи

Мощный DualPack IGBT модуль повышенной надежности.

Конструкция PrimePACK™ может стать новым экономически эффективным стандартом модулей поколения 2 в1. Подобное новшество дает множество монтажных, тепловых и электрических преимуществ.

До сих пор мощные модули (HPM) в стандартном корпусировании рассчитанные на 1200A в 3600A на 1200V или 1700В с габаритами 130 * 140 [мм] или 190 * 140 [мм], были доступны только в конфигурации коммутатора (силового ключа). Другие модули в стандартных корпусах, таких как 62мм EconoDUAL™ или SEMIX3® 1200V, имели предельные номинальные токи до 600A.

Модули в стандартных корпусах позволяли решать проблемы только использованием 130 * 140 [мм] HPM на 600A, 800A или 1200A в виде двух раздельных ключей. Однако в данном случае их можно было использовать только в качестве консоли с соединением посредством дополнительной внешней шины.

Естественно, что консольное соединение наименее индуктивно, если оно выполнено непосредственно внутри единого модуля. Соответственно такое соединение позволит облегчить монтаж конвертера, уменьшить его габариты и вес и снизить цену. Поэтому прямолинейные решения по специфичным применениям многих производителей были введены на рынок исключая источники альтернатив для клиентов.

Однако новая серия PrimePACK™ может стать новым экономически и практически выгодным стандартом мощных модулей 2 в 1. Все преимущества новой серии будут представлены в данной статье.

PrimePACK™ выпускается в двух модификациях, с разными габаритами PP2 и PP3 см. рисунок 1. PP3 больше, чем PP2 и имеет 2 DC- терминала. Первая пара терминалов модуля расположена в одном и том же месте, как в PP2 так и в PP3. Поэтому можно разрабатывать преобразователи различной мощности с одинаковой конструкцией. Так же как и стандартные мощные модули, новые модели имеют высоту так же 38мм. Преимущество тонкой формы- простота параллельного расположения, например: 3 модуля (в параллельном исполнении) для широко используемого двухуровнего инвертора питания. В нижней части лицевой стороны, управляющая часть может быть подключена на верхнее плечо привод, а нижнее плечо подключается с помощью шины.

DC-терминалы, расположенные позади, остаются свободными для подключения к DC-сети. Можно использовать 3х-слойную шину для осуществления соединения по переменной и постоянной составляющей, задействовав все терминалы. С другой стороны, используя 2-слойную шину, мы сможем оставить AC-терминалы свободными для раздельного подключения. В любом случае, от конкретной конфигурации одного компонента не зависит механическое воздействие на него другого. Таким образом, монтаж, проектирование и установка становятся намного проще и экономичнее. Кроме того, надежность и механическая устойчивые соединения обеспечивается с помощью винтов M8, которыми крепят DC-шину непосредственно к фазовым выводам. Винты М4 для подключения управляющей части гарантируют безопасность подключения даже при жестких условиях эксплуатации.

Внутренняя структура

Ультразвуковая сварка

Одной из задач новой серии является повышение мощности с сохранением основополагающих требований, особенно в отношении надежности и размерам. Совершенно очевидно, что сильноточные проводники будут нагреваться, даже при использовании меди/ алюминия, основных материалов для достижения низкого показателя электрического сопротивления. Таблица 1 показывает с точки зрения тепловых, электрических и механических показателей, что медь имеет наилучшие свойства для проводников.

Но до сих пор наиболее эффективным способом соединения терминалов с подложкой был метод DCB сварки. Технология ультразвуковой сварки использовалась для алюминия. Используемый для сварки материал имел некоторые недостатки: Прежде всего, это его состав, включающий в себя различные химически вредные материалы. Вторым были термотрещины вызванные термоциклированием, из-за несоответствия коэффициента расширения с показателями резкого повышения термического сопротивления. Прочность материала припоя так же в 5 раз меньше прочности меди. Проблемы были решены благодаря разработки новй технологии ультразвуковой сварки, которая не требует каких-либо соединительных материалов, то есть без припоя. Эта технология позволяет использовать прямые соединения терминалов с подложкой, как показано на рисунке 2.

Технология ультразвуковой сварки существенно повышает надежность и вибрационную прочность контактов. На рисунке 3 показана сечение контакта ультразвуковой сварки после 300 пассивных тепловых циклов в диапазоне -40°C до 150°С без значительного снижения механической прочности. Преимущества процесса сварки четко видны, и могут быть доказаны численно.

На рисунке 4 показано сравнение прочности контактов нового метода сварки и стандартной пайки до и после 300 тепловых циклов. Тяговое усилие для измерения прочности было приложено в вертикальном направлении. Фактически новый процесс сварки обеспечивает повышенную механическую прочность и высокие показатели термоцикличности даже при условии увеличения плотности тока.

Сварочные материалы для DCB

Термоцикличность во многом зависит от дефектов в слое соединения. Это означает, что термоцикличность IGBT-модуля должна быть улучшена не только в определенной части, но и по всей структуре модуля. Термические напряжения в основном связаны с поперечными силами, возникающими в связи с различными коэффициентами теплового расширения различных материалов. Эти поперечные силы могут вызывать трещины в припое, они же увеличивают тепловое сопротивление. Fuji Electric улучшили термоциклирование за счет точного согласования КТР (коэффициент теплового расширения) и за счет улучшения связи различных слоев. В IGBT модулях, наибольшее несоответствие КТР наблюдается между изоляцией керамической подложки и медным основанием. Свойства материалов приведены в таблице 2.

Fuji Electric провели множество исследований с целью повышения надежности соединения между контактами и мидным основанием. Sn-Ag является наиболее широко используемым согласно с RoHS-припоем. Он способен выдержать до 100 циклов пассивных тепловых испытаний на цикличность (-40°C (1ч) ~ RT (0,5 H) ~ 150°C (1ч)). Однако он не в состоянии выдержать 300 циклов, как показано на рис.5 (акустическая томография). Поэтому, Fuji Electric внедрила в 2002 материал для промышленного применения содержащие индия (In). Кроме того Fuji Electric разработала Sn-Sb припои для автомобильной промышленности в 2005 году.

Рис. 5 показывает, что оба материала способны выдержать до 300 циклов при одинаковых условиях испытании. Причина высокой термоцикличности материалов является тот факт, что структуры Sn-Ag-In и Sn-Sb не меняются при тепловое воздействие. Таким образом, механическая прочность не уменьшается. Структура Sn-Sb имеет более высокую температуру плавления, чем Sn-Ag-In, что позволяет предположить, что она также имеет более высокую надежность. Соответствующих испытаний все еще продолжается. Впервые структура Sn-Sb будет представлена для промышленного применения в серии PrimePACK™.

В следующей статье мы рассмотрим другие аспекты связанные с серией PrimePACK™.