摘要：大功率三菱IGBT的應用中, 三菱IGBT的緊固工藝對三菱IGBT的散熱效果起著非常關鍵的作用, 直接影響三菱IGBT的長期可靠運行。對現(xiàn)有三菱IGBT導熱硅脂涂敷工藝和緊固工藝進行了闡述, 并分析其在三菱IGBT安裝中的不足之處, 提出了相對應的優(yōu)化工藝。
在三菱IGBT安裝工藝中, 導熱硅脂的涂敷被廣泛使用, 導熱硅脂涂敷在散熱器與三菱IGBT基板之間, 用于填補三菱IGBT與散熱器接觸的空隙, 進而增加散熱器與三菱IGBT的熱交換效率, 提升三菱IGBT散熱效果, 改善三菱IGBT的使用可靠性和使用壽命, 三菱IGBT的安裝工藝又決定了三菱IGBT與散熱器之間的接觸情況, 與導熱硅脂的涂敷密切相關。隨著三菱IGBT批量化應用的加速, 從現(xiàn)有三菱IGBT的應用情況看, 目前所使用導熱硅脂涂敷工藝和器件安裝工藝并不太適用于批量三菱IGBT的安裝, 三菱IGBT導熱硅脂的涂覆工藝和安裝工藝的研究和改進越來越重要。
1 現(xiàn)有工藝問題分析
通過對現(xiàn)有的導熱硅脂涂敷工藝和器件安裝工藝分析, 存在以下不足。
1.1 導熱硅脂涂敷厚度偏低
現(xiàn)有工藝導熱硅脂厚度偏小。導熱硅脂涂敷厚度取值由三菱IGBT模塊基板參數(shù)決定, 通過分別對不同廠家的三菱IGBT模塊基板拱度以及拱度分布進行測量發(fā)現(xiàn), 各個廠家的模塊基板拱度以及拱度分布差異較大?，F(xiàn)有工藝的導熱硅脂厚度不能很好地適用于目前在用三菱IGBT的拱度分布。
1.2 絲網(wǎng)網(wǎng)格分布不適合
目前, 所用絲網(wǎng)網(wǎng)格分布為中心區(qū)域網(wǎng)格密度大、單個網(wǎng)孔面積大, 往外側延伸后其網(wǎng)格網(wǎng)孔面積減小, 網(wǎng)格密度減小, 呈蝴蝶狀, 同時, 網(wǎng)格密度越小, 單個網(wǎng)孔面積越大的區(qū)域其導熱硅脂涂敷量越大, 其網(wǎng)格分布考慮到了在模塊襯板焊接處分布較多導熱硅脂, 在基板平整度較好的情況下, 保證了襯板下方的接觸良好。但對于中心拱度偏大, 且拱度大值區(qū)域集中在中央襯板區(qū)域的模塊, 使用此類絲網(wǎng)網(wǎng)格進行涂敷硅脂, 使各襯板下方導熱硅脂涂敷厚度一致, 將會使兩側襯板區(qū)域下方出現(xiàn)接觸不良現(xiàn)象, 進而影響其散熱情況。
1.3 緊固力矩偏小
現(xiàn)有工藝所采用的緊固力矩僅適用于部分三菱IGBT模塊的組裝, 但是由于在進行三菱IGBT芯片焊接和襯板焊接時, 不同廠商采用不同焊料, 各類焊料的熔點差別較大, 不同焊料在焊接后會對基板硬度和拱度造成不同的影響。如果使用硬焊料, 其熔點較高, 因此, 在焊接過程中, 三菱IGBT模塊基板產生的形變較大。同時, 不同三菱IGBT所使用的基板其原始拱度與彎曲形式均存在差異。目前, 基板原始形狀存在2種: (1) 雙面拱原始基板, 焊接襯板的一面向內凹陷, 接觸散熱器的一面向外凸出; (2) 單面拱原始基板, 即焊接襯板一側為平整面, 接觸散熱器一面向外凸出。
雙面拱原始基板對緊固力矩的要求更大, 現(xiàn)用緊固力矩適用于單面拱器件的緊固, 對于雙面拱器件而言, 則顯偏小。
2 工藝改進的分析
通過對原用工藝進行分析后, 根據(jù)其不足, 對原用工藝進行以下改進。
2.1 增加導熱硅脂涂敷厚度
對不同三菱IGBT模塊基板拱度最大值進行測試對比, 對數(shù)據(jù)進行分析后得出, 最大拱度器件其拱度相較于最低拱度器件, 其模塊拱度偏大8.9%;同時, 考慮到三菱IGBT模塊基板拱度較大值區(qū)域的區(qū)別, 因此, 將導熱硅脂厚度增加至原用厚度的10%~20%, 即厚度增加至130~150μm。
2.2 增加緊固力矩
由于不同焊料所導致的基板硬度的不同, 在緊固時需增大其緊固力矩, 而過大的緊固力矩則會對三菱IGBT模塊本身造成一定的影響, 所以, 緊固力矩不能過量增大, 同時, 由于導熱硅脂厚度增加10%~15%, 通過現(xiàn)場的試驗, 將其力矩增大10%較為合適。
圖1 改進前效果 ?圖2 改進后效果
3 工藝改進后對比分析
在使用原用絲網(wǎng)網(wǎng)板, 改進導熱硅脂涂敷厚度、緊固力矩的條件下, 對改進前后的三菱IGBT導熱硅脂涂敷情況進行了一系列試驗對比, 改進前效果如圖1所示, 改進后效果如圖2所示, 右側為改進后效果。
4 結論
通過上述分析可以得出, 原有導熱硅脂涂敷工藝與三菱IGBT模塊緊固工藝不能較好地適用于現(xiàn)用三菱IGBT的組裝, 而改進后的導熱涂敷工藝與緊固工藝, 有效地改善了現(xiàn)用三菱IGBT與散熱器的接觸情況, 相對于原用工藝, 改善了三菱IGBT的散熱情況, 提高了三菱IGBT的使用可靠性和使用壽命。