摘要：大功率三菱IGBT的應(yīng)用中, 三菱IGBT的緊固工藝對(duì)三菱IGBT的散熱效果起著非常關(guān)鍵的作用, 直接影響三菱IGBT的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。對(duì)現(xiàn)有三菱IGBT導(dǎo)熱硅脂涂敷工藝和緊固工藝進(jìn)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(duì)應(yīng)的優(yōu)化工藝。

在三菱IGBT安裝工藝中, 導(dǎo)熱硅脂的涂敷被廣泛使用, 導(dǎo)熱硅脂涂敷在散熱器與三菱IGBT基板之間, 用于填補(bǔ)三菱IGBT與散熱器接觸的空隙, 進(jìn)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(dǎo)熱硅脂的涂敷密切相關(guān)。隨著三菱IGBT批量化應(yīng)用的加速, 從現(xiàn)有三菱IGBT的應(yīng)用情況看, 目前所使用導(dǎo)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(dǎo)熱硅脂的涂覆工藝和安裝工藝的研究和改進(jìn)越來(lái)越重要。

　　1 現(xiàn)有工藝問(wèn)題分析

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的導(dǎo)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(dǎo)熱硅脂涂敷厚度偏低

現(xiàn)有工藝導(dǎo)熱硅脂厚度偏小。導(dǎo)熱硅脂涂敷厚度取值由三菱IGBT模塊基板參數(shù)決定, 通過(guò)分別對(duì)不同廠家的三菱IGBT模塊基板拱度以及拱度分布進(jìn)行測(cè)量發(fā)現(xiàn), 各個(gè)廠家的模塊基板拱度以及拱度分布差異較大。現(xiàn)有工藝的導(dǎo)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(gè)網(wǎng)孔面積大, 往外側(cè)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(shí), 網(wǎng)格密度越小, 單個(gè)網(wǎng)孔面積越大的區(qū)域其導(dǎo)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(dǎo)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(duì)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(jìn)行涂敷硅脂, 使各襯板下方導(dǎo)熱硅脂涂敷厚度一致, 將會(huì)使兩側(cè)襯板區(qū)域下方出現(xiàn)接觸不良現(xiàn)象, 進(jìn)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(jìn)行三菱IGBT芯片焊接和襯板焊接時(shí), 不同廠商采用不同焊料, 各類焊料的熔點(diǎn)差別較大, 不同焊料在焊接后會(huì)對(duì)基板硬度和拱度造成不同的影響。如果使用硬焊料, 其熔點(diǎn)較高, 因此, 在焊接過(guò)程中, 三菱IGBT模塊基板產(chǎn)生的形變較大。同時(shí), 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(nèi)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(cè)為平整面, 接觸散熱器一面向外凸出。

雙面拱原始基板對(duì)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(duì)于雙面拱器件而言, 則顯偏小。

　　2 工藝改進(jìn)的分析

通過(guò)對(duì)原用工藝進(jìn)行分析后, 根據(jù)其不足, 對(duì)原用工藝進(jìn)行以下改進(jìn)。

　　2.1 增加導(dǎo)熱硅脂涂敷厚度

對(duì)不同三菱IGBT模塊基板拱度最大值進(jìn)行測(cè)試對(duì)比, 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí), 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(dǎo)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(dǎo)致的基板硬度的不同, 在緊固時(shí)需增大其緊固力矩, 而過(guò)大的緊固力矩則會(huì)對(duì)三菱IGBT模塊本身造成一定的影響, 所以, 緊固力矩不能過(guò)量增大, 同時(shí), 由于導(dǎo)熱硅脂厚度增加10%~15%, 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn), 將其力矩增大10%較為合適。

圖1 改進(jìn)前效果 ?圖2 改進(jìn)后效果

　　3 工藝改進(jìn)后對(duì)比分析

在使用原用絲網(wǎng)網(wǎng)板, 改進(jìn)導(dǎo)熱硅脂涂敷厚度、緊固力矩的條件下, 對(duì)改進(jìn)前后的三菱IGBT導(dǎo)熱硅脂涂敷情況進(jìn)行了一系列試驗(yàn)對(duì)比, 改進(jìn)前效果如圖1所示, 改進(jìn)后效果如圖2所示, 右側(cè)為改進(jìn)后效果。

　　4 結(jié)論

通過(guò)上述分析可以得出, 原有導(dǎo)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(jìn)后的導(dǎo)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(duì)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。