【世说知识】典型封装的碳化硅功率模块的安装

图1 SP1F的功率模块

图2 SP3F的功率模块

图3 PCB安装在功率模块上

PCB安装的功率模块，如图3所示，可以首先用螺丝拧在螺母柱上，去减小机械应力和最小化pin上的相对移动，注意，这些pin是焊接到电源模块上的。

步骤1，将电功率模块使用螺丝固定在螺母柱上。

图4 锁塑胶用三角螺丝在螺母柱上

图5 锁塑胶用三角螺丝的例子

逐步变细的锁塑料螺丝具有典型直径2.5mm，推荐用于连接PCB，如图5所示为一个锁塑料螺丝，为塑料和其它低密度的材料所设计，螺丝长度取决于PCB厚度，对于1.6mm的PCB厚度来说，使用一个6mm长的锁塑料螺丝即可，最大安装扭矩是0.6Nm，拧紧螺丝后，需要检查塑料柱的完整性。

图6 焊接之后的PCB形式

焊接功率模块的所有的电气pin到PCB上，就像如下图6所示的图片一样，这里需要免清洗焊剂去连接PCB，因为这里不允许含水清洗，焊接之后的PCB如上图所示。红色箭头指向的孔是PCB上的作为插入或者移除安装螺丝所用。

注意，不要调换以上两个步骤，因为如果所有pin先焊接在PCB上时，使用螺丝将PCB固定在支架上，会产生一个PCB的形变，导致一些机械应力，这会破坏走线或者损坏PCB上的器件，上图6中的PCB上的孔，是插入或者移除安装螺丝用，这些螺丝是将功率模块装散热片上的。这些孔必须足够的大，对于螺丝头及其垫圈来说，可以方便地自由进入，在PCB孔位置处允许正常的公差。对于功率pin来说，PCB孔径推荐为1.8mm+-0.1mm,对于插入或者移除安装螺丝的PCB孔径推荐为10mm+-0.1mm。

对于高效率的生产过程，波峰焊流程可以用来去焊接端点到PCB上，每一个应用，heatsink和PCB都是不同的，波峰焊必须要基于具体的案例评估，任何情况下，每一个pin周围的焊锡都需要均匀分布。PCB的底部，和电源模块的之间的空隙是0.5mm到1mm之间，在PCB安装的功率模块的图上有显示，这里在PCB上使用直插元件是不推荐的，SP1F或者SP3F的pinout可以根据配置而改变，可以具体看一下产品规格书。

将功率模块的基板合适的安装到heatsink上是重要的，它可以确保好的散热。散热器和功率模块的接触面必须是平整的和洁净的，推荐的平整度是100mm连续长度上小于50us，推荐粗糙度Rz是10，没有灰尘，没有腐蚀，和破坏，以避免当功率模块安装时的机械应力，同时也避免增加热阻。

图7 装配之前的heatsink上的导热油脂

步骤1：导热油脂应用，为了获得最小的外壳到散热片的热阻，导热油脂必须施加在功率模块和heatsink之间。推荐使用丝网印刷技术去确保均匀沉积最小60um的厚度在heatsink上，如图1显示。功率模块和heatsink之间的热界面也可以使用其它导热界面材料，如相变化合物材料（丝网印刷或者粘贴层）。

图8 移除模块后的heatsink上的导热油脂

和拆装后的模块上的导热油脂

步骤2，安装功率模块到heatsink上，放置功率模块在heatsink孔上，然后施加一个小的压力。插入带锁和垫圈的M4的螺丝到每一个安装孔上，8号螺丝可以用来替代M4.螺丝的长度必须要至少12mm，首先，轻轻的拉紧两个安装螺丝。交替拧紧螺丝，直到最终的扭矩值达到，可以查看产品规格书得到最大允许扭矩值。推荐使用螺丝刀，它对于这个操作具有可控的扭矩，如果可行，在三个小时后可以再一次拧紧螺丝。当功率模块以适量的扭矩拧紧在heatsink上时，有较少量的导热油脂显示在模块的表面，说明导热油脂的量是合适的，模块的下表面必须是使用导热油脂完整润湿的，如拆装图8右侧显示的模块上的导热油脂。螺丝之间的空隙，最高表面，最近的pin端口等必须仔细检查，以保持安全的绝缘空间。

图9 通常的安装视图，

PCB和heatsink及功率模块

通常，如果大的PCB需要，PCB和heatsink之间的附加垫片是必要的，在功率模块和附加垫片之间，推荐保持一个至少5cm的距离，如图10所示，附加垫片必须要和螺母柱具有相同的高度，12mm+0.1mm。

图10 使用大PCB的一般装配视图

对于具体的应用，有些SP1F或者SP3F功率模块是使用ALSiC基板生产的，在料号中使用M后缀表示。实际上，ALSiC基板比铜基板厚0.5mm，所以垫片必须要使用12.5+-0.1mm的厚度。SP1F和SP3F的塑封框架高度和SOT-227是一样的，在相同的PCB上，如果SOT-227和一个或者多个使用铜基板的SP1F或者SP3F的电源模块使用的话，如果两个功率模块之间的距离不超过5cm，那么没有必要如前图一样安装额外的垫片。

图11 使用铜基板的多个功率模块的一般的安装视图

总结，这个应用笔记给出了主要的建议，涉及到安装SP1F和SP3F模块的指导，确保在系统长期运行中，应用这些指导可以帮助减小在PCB上和功率模块上的机械应力，安装heatsink的指导必须要follow，以便获得功率模块到heatsink之间的最小的热阻，所有这些步骤都很重要，以此来确保系统可靠性。