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改进焊接晶闸管模块结构降低结壳热阻Rjc

作者: 时间:2015-07-20

一、焊接晶闸管模块结构

焊接模块的结构是绝缘型?#27169;?#24517;须保证陶瓷基片具有良好的导热性能和绝缘性能。?#22771;?#24120;用的氧化铝陶瓷基片按焊接金属层不同分为?#34903;?/span>——钼锰瓷片和DBC瓷片,我公司采用的是DBC瓷片(氧化铝陶瓷两面经烧结厚度0.2mm~0.3mm铜箔而成),其结构如图1所示(各层之间均以锡焊):

 

改进后的结构,充分利用DBC陶瓷基片的优良性能,使其铜层既作为焊接联结层,又参与导电(电极焊接在DBC的延伸铜层上),结构上减少了两个焊锡层、一层下钼片、一层铜电极,其结构如图2所示(各层之间均以锡焊):

二、测试结果

由于铜的导热系数高,其热阻值在模块中所占比例极小,故铜电极的热阻可忽略。

下表是模块中几种常用材料的导热系数。

材料 96AI2O3 Mo Cu 62Sn
导热系数 20W/m℃ 138W/m℃ 394W/m℃ 70W/m℃

1. 外加热条件下测试——校准曲线

校准曲线的测定,必须满足,这是以较小的基准电流不足以影响PN结温度为假设前提。

基准电流的选取,不宜过大,方可忽略基准电流产生的器件功耗。基准电流应尽量选择在100mA/cm2及以下。

2. 热平衡条件下结壳热阻Rjc测试

结壳热阻Rjc的物理意义就是:

Tj是器件通较大电流达到热平衡时,监测热敏电压Vf,然后对?#25307;?#20934;曲线而得?#38477;?#32467;温。

任何测试都会有?#20302;?#35823;差,应尽量减少?#20302;?#35823;差对测试结果的影响。为提高结壳热阻Rjc的测试精度,我们应注意以下几点:

1) 壳温采样要?#26082;罰?/span>

2) 热偶与基板要接触良好,在插入采样孔前,热?#21152;?#27838;满导热硅脂;

3) 注意热偶的热端导线不应短路;

4) 通过强?#21697;?#20919;以增大结壳温差,可降低温度测量的误差对测试结果的影响比例,会相应地提高测试精度。

下表是改进结构的MTC92-16模块热阻测试数据,基准电流0.8A


1#

2#

3#

Vf/Tj

(IRMS85A)

636mV

125.1

594mV

125.2

Vf/Tj

(IRMS80A)

617mV

125.4

602mV

125.8

Vf/Tj

(IRMS85A)

612mV

124.1

597mV

125.4

VT/V

1.42

1.42

VT/V

1.39

1.41

VT/V

1.41

1.42

TC/

109.6

TC/

109.7

TC/

105.4

Rjc(/W)

0.21

0.22

Rjc(/W)

0.23

0.24

Rjc(/W)

0.25

0.28

以我公司MTC92-16模块为例,传统结构的单支芯片结壳热阻Rjc0.32/W~0.36/W

结构改进后,经测试,MTC92-16模块的单支芯片平均Rjc=0.24/W,明显小于传统结构的结壳热阻。

为验证改进结构模块的可靠性(主要考虑热膨胀对芯片的影响)我们按模块的行业标准JB/T 7826.1进行高低温循环试验。试验条件为:

高温TH+125+0-5℃,暴露30min

低温TL-40+5-0℃,暴露30min

转换时间2min≤t≤3min,循环5次。

试验属D类试验,试验样品3支,试后?#24066;?#19981;超过1支样品失效。

?#32454;?#21028;定:试后的漏电流不超过试前的2倍,试后的压降不超过试前的1.1倍。


试前试后测试数据                    单位:mAV

序号

试前

试后

IDRM/IRRM

VTM

IDRM/IRRM

VTM

T1

T2

T1

T2

T1

T2

T1

T2

1

7.0/3.2

8.2/3.4

1.31

1.35

8.9/4.2

11.1/4.4

1.35

1.41

2

8.2/6.0

7.1/3.4

1.32

1.34

8.5/6.3

7.9/3.7

1.38

1.40

3

8.0/3.0

6.5/3.0

1.32

1.35

9.8/3.4

9.0/4.2

1.41

1.41

试验结论:?#32454;?/span>

三、结论

经过近一年的实验,从结构、材料、工艺各方面进行?#33455;浚?#24182;进行相关的测试和型式试验,确认无下钼片的新型焊接结构,其热学特性优于传统结构的模块,产品各项技术指标?#32454;瘢?#24037;艺稳定,可连续稳定地生产质量?#32454;?#30340;焊接晶闸管模块。

我公司现已将焊接晶闸管模块改为新型结构,使晶闸管热学参数进一?#25509;?#21270;,大大提高了产品的可靠性。

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