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Application Note AN 2006-05
V2.1, Februar 2013
EconoDUAL™3
Montagehinweise / Anwendungshinweise
IFAG IPC MP
N 2010-03
2009
Application Note AN 2006-05
V2.1, Februar 2013
Edition 2013-02-01
Published by
Infineon Technologies AG
59568 Warstein, Germany
© Infineon Technologies AG 2010.
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AN 2006-05
Revision History:
2011-01-31 V2.0
Actual Version:
2013-02-01 V2.1
Major changes since last revision: Additional chapter 9.Climatic conditions; chapter 2.2.4 typ. press-in force
110N/ pin.
Author: Martin Knecht (IFAG IMM INP MP)
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N 2010-03
2009
Application Note AN 2006-05
V2.1, Februar 2013
Inhaltsverzeichnis
1
1.1
1.2
Allgemeines ................................................................................................................................... 4
Allgemeine Anwendungshinweise .................................................................................................. 4
Umgang mit elektrostatisch empfindlichen Bauelementen ............................................................. 4
2
2.1
2.1.1
Montage des Treiberboards auf dem Modul .............................................................................. 5
Montage des Treiberboards auf einem Lötmodul ........................................................................... 5
Anschrauben der Leiterkarte ................................................................................................ 5
2.2.1
Montage des Treiberboards auf einem PressFIT-Modul ................................................................ 7
Anforderungen an die Leiterplatte ........................................................................................ 7
2.2.2
Der Einpressvorgang ........................................................................................................... 9
2.2.3
Das Einpresswerkzeug ...................................................................................................... 10
2.2.4
2.2.5
Die Einpresskräfte .............................................................................................................. 11
Zusätzliche Anschraubung der Leiterkarte ........................................................................ 11
2.2
3
Beschaffenheit des Kühlkörpers für die Modulmontage ........................................................ 11
4
4.1
4.2
Auftrag der Wärmeleitpaste ....................................................................................................... 12
Auftrag von Wärmeleitpaste im Siebdruckverfahren .................................................................... 12
Alternativer Auftrag von Wärmeleitpaste mit Roller oder Spachtel ............................................... 13
5
5.1
5.2
Modulmontage auf dem Kühlkörper ......................................................................................... 14
Schrauben für die Modulmontage auf dem Kühlkörper ................................................................ 14
Montageprozess auf dem Kühlkörper ........................................................................................... 14
6
6.1
Montage der Laststromverschienung ....................................................................................... 16
Optimale zugentlastete Lastanschlussmontage ........................................................................... 17
7
Einsatz unter Vibrations- und Schock-Belastungen ............................................................... 18
8
Lagerung und Transport von IGBT-Modulen ........................................................................... 18
9
Klimatisch Bedingungen im aktiven, stromführenden Betrieb von EconoDUAL™ 3
Modulen ....................................................................................................................................... 18
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Allgemeines
1.1 Allgemeine Anwendungshinweise
Die Einhaltung der Anforderungen an Infineon IGBT-Module werden durch entsprechende
Zuverlässigkeitsprüfungen und durch die in der Produktion durchgeführten 100% Endprüfungen
sichergestellt.
Höchstzulässige Werte in den jeweiligen Produktdatenblättern und Anwendungshinweisen sind
absolute Grenzwerte, die grundsätzlich – auch für kurze Zeit – nicht überschritten werden dürfen, da
dies die Zerstörung der Bauelemente zur Folge hat.
Die Anwendungshinweise in diesem Dokument können nicht jede Art von Anwendungen und
Bedingungen abdecken. Die Anwendungshinweise ersetzen daher keinesfalls eine eingehende
Beurteilung und Überprüfung der Eignung für die von Ihnen angestrebten Anwendungen durch den
Anwender bzw. durch seine technischen Abteilungen. Die Anwendungshinweise werden daher unter
keinen Gesichtspunkten Gegenstand liefervertraglicher Gewährleistung, es sei denn, der Liefervertrag
bestimmt schriftlich etwas anderes.
1.2 Umgang mit elektrostatisch empfindlichen Bauelementen
IGBT-Module sind elektrostatisch empfindliche Bauelemente. Elektrostatische Entladungen
(electrostatic discharge, ESD) können diese Module vorschädigen oder sogar zerstören.
Um eine Zerstörung oder eine Anschädigung der Bauelemente durch statische Entladungen zu
verhindern, werden die Bauelemente gemäß den gültigen ESD-Richtlinien in entsprechenden ESDgeschützten Verpackungen geliefert.
Das Entfernen des ESD-Schutzes und die Arbeit mit den ungeschützen Modulen erfordert in jedem
Fall die Einrichtung ESD-gerechter Arbeitsplätze. Weitergehende Informationen sind aus den gültigen
ESD Sicherheitsrichtlinien IEC 61340-5-1 und ANSI/ESD S2020 zu entnehme.
Abbildung1:
ESD-Symbol
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Montage des Treiberboards auf dem Modul
2.1 Montage des Treiberboards auf einem Lötmodul
2.1.1 Anschrauben der Leiterkarte
Bei Verwendung eines externen Treiberboards sollte die Kontaktierung der Gate-Emitter Verbindung
so kurz wie möglich realisiert werden, um die elektromagnetische Einkopplung zu verhindern und die
Streuinduktivität im Gate-Kreis zu minimieren.
Werden Treiber- oder Moduladapterplatinen (PCB´s) direkt auf dem Modul eingesetzt, sollten die
Kontaktstellen (=Lötstellen) zwischen Platine und Modul-Steuerkontakt mechanisch entlastet werden
um die Lotverbindung so weit als möglich zu entlasten. Die Entlastung der Kontaktstellen sollte
erfolgen indem die PCB direkt auf dem Modul an den 4 Befestigungsdomen (siehe Abbildung 2) mit
selbstfurchenden Schrauben oder vergleichbarem Montagematerial befestigt wird.
Für die Entwicklungsphase können sowohl Evaluation- Treiberboards wie auch EvaluationModuladapterboards (Moduladapter für die Bestückung von Gatewiderständen und Clampingdioden)
auf Anfrage bezogen werden. Weiterführende Informationen zu EconoDUAL™ Evaluationtreibern sind
in den Anwendungshinweisen AN2006-04 Evaluation Driver Board for EconoDUAL™ IGBT Modules
aufgeführt.
Neben dem Einschrauben der Schrauben in die Befestigungsdome per Hand, ist ein elektronisch
geregelter oder zumindest langsam laufender Elektroschrauber (U ≤ 300 U/min) ein bevorzugtes
Hilfsmittel.
Wegen der fehlenden Genauigkeit empfehlen wir nicht die Verwendung von Druckluftschraubern.
Abbildung2:
Tubus bei EconoDUAL™3 Modulen
Die in den Tubus eintauchende effektive Länge des Schraubengewindes sollte unter Berücksichtigung
der verwendeten Platinendicke und des Treibergewichtes eine Mindestlänge von l min ≥ 4mm und eine
Maxlänge von lmax ≤ 10mm aufweisen.
Die ersten 1,5mm im Tubus dienen der Führung und können keine Kräfte aufnehmen. Das Gewinde
im Kunststoff formt sich durch das Eindrehen der Schrauben selbst. Empfohlene selbstfurchende
Schraube:
- EJOT
PT WN 1451 K25x10 A2K :Mmax=0,45Nm ±10%
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Um eine Beschädigung oder Aufplatzen des Tubus zu vermeiden ist beim Einschrauben auf ein
gerades Einsetzen der Schraube in den Tubus zu achten.

A. Richtig eingeschraubt
Abbildung3:
B. Falsch angesetzte Schraube
A. Richtig eingeschraubte Schraube in den Tubus
B. Falsch angesetzte Schraube in den Tubus
Die empfohlene Schraube und Drehmoment basieren auf Laboruntersuchungen. Je nach verwendeter
Schraube und Werkzeug kann es erforderlich sein den Schraubprozess entsprechend anzupassen.
Nach dem Anschrauben der Leiterkarte kann der Lötprozess (Handlötung, Selektivlötung oder
Wellenlötung) stattfinden. Durch die Einhaltung dieser Montagereihenfolge kann die mechanische
Beanspruchung an den Lötstellen minimiert werden.
Durchlaufen die Module, bevor sie dem Lötprozess zugeführt werden, einen Vorwärmungsprozess
bei dem die Module mit Hilfe von Heizplatten unter der Bodenplatte oder durch Umluft vorgewärmt
werden, muss dieser Prozess so eingestellt werden, dass eine Vorwärmtemperatur von T ≤ 150°C für
t ≤ 30min nicht überschritten wird.
Während des gesamten Lötprozesses ist darauf zu achten, dass weder durch eine zu hohe
Löttemperatur noch durch eine zu lange Verweilzeit an den Steuerkontakten das Kunststoffgehäuse
zu sehr aufgeheizt wird und sich dadurch verformen kann.
Gemäß IEC 68 Abschnitt 2 ist während des Lötprozesses eine maximale Löttemperatur von T = 260°C
für eine maximale Verweilzeit von tmax ≤ 10s zu beachten.
Weitere Informationen zu Lötprozessen sind in den Anwendungshinweisen „AN2005-06 Löten von
Econo und Easy Modulen“ aufgeführt.
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2.2 Montage des Treiberboards auf einem PressFIT-Modul
2.2.1 Anforderungen an die Leiterplatte
Die PressFIT-Technologie in den EconoDUAL™3 - Modulen ist von der Infineon Technologies AG für
Standard-FR4-Leiterkarten mit „chemisch Zinn“-Oberfläche untersucht und qualifiziert worden
(entsprechend der Normen IEC 60352-5 + IEC60747-15). Sollten andere Bearbeitungstechnologien
bei der Leiterkartenherstellung eingesetzt werden, müssen diese getestet, geprüft und qualifiziert
werden.
Anforderungen an das Leiterkartenmaterial (PCB) sind:
Doppelseitige Leiterkarte nach IEC 60249-2-4 bzw. IEC 60249-2-5.
Mehrlagenleiterkarte nach IEC 60249-2-11 bzw. IEC 60249-2-12.
Damit die höchst zuverlässige Verbindung des Einpresskontaktes in der Leiterkarte sichergestellt
werden kann, ist die in Tabelle 1 beschriebene Spezifikation der Löcher komplett einzuhalten.
Würde man die Spezifikation von Einpresslöchern hingegen nur auf das Endmaß beschränken, also
das vollständig metallisierte Loch, so könnten je nach Leiterplattenhersteller und
Fertigungsphilosophie möglicherweise unterschiedliche Bohrer zum Einsatz kommen und auch
unterschiedliche Metallisierungsdicken angeliefert werden. Dies könnte zur Folge haben, dass sich ein
abweichendes Ergebnis einstellt, was aus Qualitätsgründen abgelehnt werden muss.
Weiterhin wird empfohlen, das Loch in der Leiterkarte beim Herstellungsprozeß mit einem Bohrer von
1.15mm Durchmesser zu bohren und nicht zu fräsen. Erfahrungsgemäß stellt sich nach dem Bohren
durch einen Schrumpfungsprozess des FR4-Materials unter Berücksichtigung der Rundlauftoleranzen
der Spindeln ein endgültiger Bohrlochdurchmesser zwischen 1.12mm und 1.15mm ein.
Bohrlochdurchmesser
Kupferdicke im Loch
Min.
Typ.
1.12
1.15
>25m
<50m
Metallisierung im Loch
<15m
Endlochdurchmesser
Kupferstärke
Leiterbahnen
0.94mm
der
1.09mm
35m
70m - 105m
Metallisierung Leiterkarte
chemisch Zinn
Metallisierung Pin
galvanisch Zinn
Tabelle 1
Max.
400m
Anforderungen an die Leiterkarte für PressFIT-Technologie
Mit einer Aufkupferung von 25m bis 50m Kupfer innerhalb des Loches und Zinnschicht von ca. 1m
bei „chemisch Zinn“ stellt sich ein Endlochdurchmesser als Prüfmaß ein. Dieser Durchmesser liegt,
durch die geringere Zinnschichtdicke im Vergleich zu z.B. HAL Leiterkarten, immer oberhalb des in
der entsprechenden Norm (IEC 60352-5) aufgeführten Wertes von 1mm. Der Endlochdurchmesser
unter Einbeziehung des Bohrdurchmessers, der Aufkupferung und der Zinnschicht liegt
typischerweise zwischen 1.02mm und 1.09mm.
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Bohrloch
1,15 -0,03 mm
1,15
-0,03
mm
Aufkupferung im Loch
Restring min. 0,2 mm
min. 25µm Cu ; max. 50µm Cu
Endlochdurchmesser
max. 15µm tin
chemical tin typ 1µm
min. 0,94 mm
max.1,09 mm
min. 0,94mm ; max 1,09mm
Abbildung 4: Aufbau einer Leiterkarte für PressFIT-Technologie
Die PressFIT-Technologie ist für FR4-Leiterkartenmaterial qualizifiert.
Nach einem durchgeführten Reflow-Lötprozeß an einer Leiterkarte kann das Modul in die Leiterkarte
eingepresst werden. Die Kontakt- und Haltekräfte der eingepressten Pins werden nicht beeinträchtigt.
Wie auch bei Easy und Econo PressFIT-Modulen ist bei der Positionierung von weiteren Bauteilen auf
der Leiterkarte ein Abstand von 5mm von der Mitte der Pins zu beachten. Sollten vom Anwender
eigene Einpresswerkzeuge entwickelt werden, so müssen dessen Abmessungen bzw. Auflageflächen
für den Einpressprozeß bereits bei der Bauteilplatzierung auf der Leiterkarte berücksichtigt werden.
Ein eingepresstes Modul kann bis zu zweimal ausgetauscht werden. Das bedeutet, dass eine Platine
in Summe dreimal verwendet werden kann. Eine fachgerechte Behandlung der Komponenten wird
hier vorausgesetzt.
Ein schon eingepresstes und wieder ausgepresstes Modul kann kein zweites Mal eingepresst werden.
Es kann nur noch durch einen zusätzlichen Lötvorgang in einer neuen Leiterkarte kontaktiert werden.
Die plastische Verformung der Einpresszone der PressFIT Pins lässt keinen erneuten
Einpressvorgang zu.
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2.2.2 Der Einpressvorgang
Mit dem Einpressvorgang wird das PressFIT-Modul in eine Leiterkarte gefügt. Das Einpressen kann
durch eine einfache Kniehebelpresse oder einen Automaten realisiert werden. Zu empfehlen ist ein
Einpresstool, welches beim Einpressprozeß die benötigte Kraft und den Verfahrweg dokumentiert.
Durch diese Vorgehensweise wird eine gleichbleibende Qualität sichergestellt. Die
Einpressgeschwindigkeit sollte dabei laut IEC 60352-5 zwischen 25mm/min und 50mm/min liegen.
Beim Einpressprozeß muss darauf geachtet werden, dass die Auflagefläche der Leiterkarte und die
Anpressfläche der Modul-Druckplatte parallel zueinander stehen. Es ist auf einen festen
mechanischen Sitz der Druckplatte zu achten. Mit einer gleichmäßigen Bewegung wird das Modul in
die Leiterkarte angepresst.
Die Pins des Moduls sollten bei dem Einpressprozeß soweit in die Leiterkarte eintauchen, bis die
Auflageflächen des Modulgehäuses die Leiterkarte berühren.
Als Kraftbegrenzung nach dem eigentlichen Einpressvorgang können z.B. Federn am oberen Teil des
Einpresstools dienen. Mit Variation der Federvorspannung kann das Werkzeug dann auf die
vorhandene Anzahl von Pins und die damit zusammenhängende Einpresskraft eingestellt werden. Bei
Messung der Einpresskraft und Limitierung dieser Kraft kann unter Umständen auf diese
Federvorrichtung verzichtet werden.
Die nachstehenden Abbildungen zeigen beispielhaft den Einpressvorgang eines EconoDUAL™3.
Abbildung 5:
Beispielhafter Einpressvorgang eines EconoDUAL™3-Moduls
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2.2.3 Das Einpresswerkzeug
Für das EconoDUAL™3 wurde beispielhaft ein Einpresswerkzeug entwickelt. Abbildung 6 zeigt das
Einpresswerkzeug. Zeichnungen können über die bekannten Vertriebspartner der Infineon Module
bezogen werden. Die Eignung dieser Werkzeuge für den jeweiligen Aufbau ist immer
eigenverantwortlich durch den Anwender zu überprüfen.
Zu beachten bei der Entwicklung oder leiterkartenspezifischen Anpassung dieser Werkzeuge ist, dass
im Bereich der Auflageflächen des Einpresswerkzeugs keine Bauteile platziert werden, um eine
Beschädigung dieser Bauteile beim Einpressprozeß zu vermeiden.
Abbildung 6:
Beispielhaftes Einpresswerkzeug für EconoDUAL™3.
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2.2.4 Die Einpresskräfte
Um das Modul in die Leiterkarte einpressen zu können, muss für jeden Pin im Modul eine Kraft
aufgebracht werden, diese liegt typisch bei 110N pro Pin. Da im EconoDUAL™3 jeweils 7 Pins
vorhanden sind, liegt die erforderliche Einpresskraft typischerweise bei ca. 0.8kN. Die Einpresskräfte
hängen unter anderem vom Lochdurchmesser der Bohrung in der Leiterkarte ab. Wenn die
Lochdurchmesser in der Leiterplatte am unteren Ende der Toleranz liegen und/ oder mehrere Module
parallel eingepresst werden, können höhere Kräfte auftreten. Dass die Bauteile auf der Leiterplatte
nicht beschädigt werden ist vom Anwender eigenverantwortlich zu prüfen.
Min.
Bohrlochdurchmesser
25mm/min
25m
Einpresskraft typisch pro Pin
Tabelle 2
Max.
1.15mm
Einpressgeschwindigkeit
Kupferdicke im Loch
Typ.
50m
110N
Einpresskräfte
2.2.5 Zusätzliche Anschraubung der Leiterkarte
Nach dem Einpressen der Pins in die Leiterkarte sollten die Kontaktstellen zwischen Platine und
Modul zusätzlich mechanisch entlastet werden (siehe 2.1.1).
3 Beschaffenheit des Kühlkörpers für die
Modulmontage
Die im Modul entstehende Verlustleistung muss über einen Kühler abgeführt werden, um die in den
Datenblättern spezifizierte höchstzulässige Temperatur im Schaltbetrieb (T vjop) während des Betriebs
nicht zu überschreiten. Details sind der AN2008-01 „Definition and use of junction temperature values“
zu entnehmen.
Die Beschaffenheit der Kühlkörperoberfläche im Bereich der Modulbodenplatte ist von hoher
Bedeutung, da diese Verbindung zwischen Kühlkörper und Modul einen entscheidenden Einfluß auf
die Wärmeabfuhr des Gesamtsystems hat.
Die Kontaktflächen, die Bodenplatte des Moduls und die Oberfläche des Kühlkörpers müssen frei von
Beschädigungen und Verschmutzungen sein und sollten vor der Modulmontage mit sauberen,
fusselfreien Tüchern gereinigt werden.
Die Kontaktfläche zwischen Modulbodenplatte und Kühlkörper darf die folgenden Werte nicht
überschreiten:
-
Oberflächenebenheit  30m
Oberflächenrauhigkeit Rz  10m
Der Kühlkörper muss für die Montage und den anschließenden Transport eine ausreichende
Steifigkeit besitzen, um keine zusätzlichen Dehnungs- und/oder Zugkräfte auf die Bodenplatte des
Moduls auszuüben. Während des gesamten Montageprozesses muss der Kühlkörper verwindungsfrei
gehandhabt werden, insbesondere wenn die Leiterplatte mechanisch mit dem Kühlkörper verbunden
ist.
-
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4
Auftrag der Wärmeleitpaste
Bedingt durch die individuelle Oberflächenform von Modulbodenplatte und Kühlkörper liegen diese
nicht vollflächig aufeinander auf, so dass eine gewisse punktuelle Spaltbildung zwischen den beiden
Komponenten nicht vermieden werden kann.
Um die im Modul auftretenden Verluste abzuführen und um einen guten Wärmefluß in den Kühlkörper
zu ermöglichen, sind alle punktuellen Hohlräume mit einem geeigneten wärmeleitfähigen Material,
z.B. einer Wärmeleitpaste (WLP) zu füllen.
Eine optimal aufgebrachte Schicht füllt alle Spalte, sollte aber auf der anderen Seite nicht den
metallischen Kontakt zwischen Bodenplatte und Kühlkörperoberfläche verhindern. Die Wärmeleitpaste
ist so zu wählen, dass sie dauerelastische Eigenschaften aufweist, um einen gleichbleibend guten
Wärmeübergangswiderstand sicherzustellen. Die Paste sollte weiterhin so aufgebracht werden, dass
beim Auftragen keine Schraubenlöcher zugesetzt und damit Anzugsmomente verfälscht werden
können.
4.1
Auftrag von Wärmeleitpaste im Siebdruckverfahren
Das manuelle Aufbringen von Wärmeleitpaste mit einer konstanten Schichtdicke im m-Bereich ist
naturgemäß problematisch. Die Homogenität und Reproduzierbarkeit der sich einstellenden
Schichtdicken ist immer fraglich. Empfehlenswert ist der Auftrag von Wärmeleitpaste im
Siebdruckverfahren. Mit diesem Verfahren ist neben einer dem Modul individuell angepassten
optimierten Wärmeleitpastenverteilung auch ein homogener und reproduzierbarer Auftrag der
Schichtdicke möglich.
Vorschläge für modulspezifische Zeichnungen der Wärmeleitpastenschablone können über die
bekannten Vertriebspartner der Infineon Module bezogen werden. Die Eignung dieser Schablonen in
Kombination mit dem favorisierten Wärmeleitmaterial und in der jeweiligen Anwendung ist immer
eigenverantwortlich durch den Anwender zu überprüfen.
A. WLP Vorrichtung
B. Auftrag der WLP
Wärmeleitpastenschablone
Modulbodenplatte
Abbildung 7
A. Beispiel einer Vorrichtung zum Auftragen von Wärmeleitpaste mit dem
Siebdruckverfahren
B. Auftrag der Wärmeleitpaste auf die Schablone
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Ein typisches Wärmeleitpastenbild nach dem Auftrag im Siebdruckverfahren ist in Abbildung 8
dargestellt.
Abbildung 8
Bodenplatte eines EconoDUAL™3 nach dem Auftrag der WLP im Siebdruckverfahren
Weitere Hinweise zur Anwendung von Siebdruckschablonen zum Auftrag von Wärmeleitpaste finden
Sie in der Application Note AN2006-02 „Anwendung von Siebdruckschablonen“.
4.2
Alternativer Auftrag von Wärmeleitpaste mit Roller oder
Spachtel
Sollte das Auftragen der Wärmeleitpaste durch das empfohlene Siebdruckverfahren nicht möglich
sein, kann das Wärmeleitmedium alternativ mit einem Roller oder Spachtel aufgebracht werden.
Dabei ist auf eine gleichmäßige Schichtdicke der Wärmeleitpaste von typischerweise 50µm - 100µm
auf der Bodenplatte des Moduls zu achten.
Als Leitfaden für die benötigte Menge an WLP ergibt sich bei einer Schichtdicke von
d = 50µm  VWLP  0,4cm
3
d = 100µm  VWLP  0,8cm
Diese Volumen können zum Beispiel aus einer Spritze abgemessen oder aus einer Tube aufgetragen
werden.
Handelsübliche Rollen oder feine Zahnspachtel können zum Auftrag der Wärmeleitpaste benutzt
werden. Die Homogenität und Reproduzierbarkeit der sich einstellenden Schichtdicken nach
manuellem Auftrag ist jedoch immer fraglich. Mit Hilfe eines Nassfilmkamms kann aber zumindest in
der Trainingsphase die Schichtdicke der Wärmeleitpaste nach dem Auftragen geprüft werden.
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5
Modulmontage auf dem Kühlkörper
5.1
Schrauben für die Modulmontage auf dem Kühlkörper
Es werden DIN M5 Schrauben, die mindestens einer Festigkeitsklasse 6,8 entsprechen, z.B. nach
DIN912 (ISO4762), ISO 7380, DIN6912, DIN7984 in Kombination mit einer geeigneten Unterleg- und
Federscheibe, z.B. nach DIN433 oder DIN125 oder komplette Kombischrauben, für die Modulmontage
empfohlen.
Die in den EconoDUAL™3 Datenblättern angegebenen Luft- und Kriechstrecken spezifizieren die am
unmontierten und nichtkontaktieren Modul auftretenden kürzesten Luft- und Kriechstrecken.
Bei der Auswahl geeigneter M5 Schrauben, Unterlegscheiben und Federscheiben für die
Modulmontage wird empfohlen, die daraus resultierenden Luft- und Kriechwege zwischen den
Modulanschlüssen und dem nächstgelegenen Schraubenkopf bzw. Unterlegscheibe während der
Entwicklungsphase gemäß den gültigen Normen zu berücksichtigen.
5.2
Montageprozess auf dem Kühlkörper
Die Modulmontage muss innerhalb der zulässigen Modultoleranzen erfolgen. Weiterführende
Modulinformationen und Zeichnungen sind aus den jeweiligen Datenblättern zu entnehmen.
Die aus dem Anschraubprozess resultierende Anpresskraft des Moduls auf den Kühlkörper richtet sich
nach dem verwendeten Drehmoment und der Beschaffenheit des Kühlermaterials. Für
Stahlschrauben in Aluminiumkühlkörpern ergeben sich für M5 Gewinde hieraus im trockenen Gewinde
bei damit typischen Reibwerten von µG=0,2…µG=0,25 (µG=Reibungskoeffizient Gewinde in
Kühlkörper) die im Datenblatt spezifizierten Drehmoment - Werte von
Mmin=3Nm bis Mmax=6Nm.
Die Modulbefestigungsschrauben sind gleichförmig in der empfohlenen Reihenfolge mit dem
spezifizierten Drehmoment anzuziehen.
Andere Materialkombinationen von Schrauben- und/oder Kühlermaterial erfordern ggf. eine
Anpassung der mech. Parameter.
Für einen guten thermischen Kontakt zum Kühlkörper wird das folgende Vorgehen beim Anziehen der
4 Befestigungsschrauben M5 empfohlen:
1. Modul mit der aufgetragenen Wärmeleitpaste auf den Kühlkörper auflegen und mit zwei
Schrauben fixieren
2. Schrauben mit 0.5Nm (handfest über Kreuz) in der folgenden Sequenz fixieren (siehe Abbildung 9)
Schraube Nr. 1 – 2 – 3 – 4
3. Schrauben mit 3Nm – 6Nm in der gleichen Sequenz (über Kreuz) anziehen
Schraube Nr. 1 – 2 – 3 – 4
In Abhängigkeit der Viskosität der verwendeten Wärmeleitpaste kann bei hoher Viskosität ein
zusätzlicher Zwischenschritt 2.a. erforderlich sein, um der Wärmeleitpaste die Möglichkeit zu geben,
während des Anschraubens auf dem Kühlkörper zu fließen und sich der Modulbodenplatten- und
Kühlkörperkontur anzupassen. Nach einer entsprechenden Wartezeit, abhängig von der verwendeten
Wärmeleitpaste ist dann der Schritt 3 auszuführen.
2.a. Schrauben mit ca. 2Nm in der gleichen Sequenz (über Kreuz) anziehen
Schraube Nr. 1 – 2 – 3 – 4
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Abbildung 9
1
3
4
2
Anschraubsequenz zur Modulmontage
Bei der Verwendung von Wärmeleitpaste kann es in Abhängigkeit der Beschaffenheit der Paste
erforderlich sein, die Anzugsdrehmomente der Befestigungsschrauben nach einem Wärmelauf auf
ihren korrekten Wert hin zu überprüfen. Bei Verwendung von Wärmeleitfolien anstelle von
Wärmeleitpaste wird unbedingt empfohlen, diesen zusätzlichen Kontrollschritt durchzuführen. Die
angegebenen Drehmomente und Verarbeitungshinweise gelten nur bei der Verwendung von
Wärmeleitpaste. Eigene Versuche und Messungen mit der vorgesehen Wärmeleitfolie sind hier
unumgänglich!
Der thermische Kontakt und die Langzeitstabilität der verwendeten Wärmeleitpaste bzw.
Wärmeleitfolie sind bei der Auswahl zu berücksichtigen und sollten mit dem Hersteller des
Wärmeleitmediums diskutiert werden.
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6
Montage der Laststromverschienung
Die Modulkontaktierung muss innerhalb der zulässigen Modultoleranzen in den jeweiligen
Datenblättern erfolgen.
Die DC-seitige Leistungsverschienung sollte über eine laminierte Zwischenkreisverschienung (DC
Busbars) erfolgen, um durch minimale Streuinduktivität die systembedingte Schaltüberspannung so
gering wie möglich zu halten. Die Einhaltung der höchstzulässigen Spannung an den Lastanschlüssen
und am IGBT Chip ist entsprechend dem jeweiligen Datenblatt (siehe RBSOA) sicher zu stellen.
Für die Kontaktierung der Laststromanschlüsse werden DIN M6 Schrauben, welche mindestens der
Festigkeitsklasse 6,8 entsprechen, in Kombination mit einer geeigneten Unterleg- und Federscheibe
oder komplett als Kombischrauben benötigt. Diese sollen mit dem empfohlenen Drehmoment von
Mmin=3Nm bis Mmax=6Nm angezogen werden.
Bei der Auswahl der Schraubenlänge muss die Dicke der Anschlussteile von der Gesamtlänge der
Schrauben abgezogen werden. Die effektive Einschraublänge der Schrauben in das Modul darf die
maximal spezifizierte Einschraubtiefe von 10mm nicht überschreiten.
Die Anschlussteile müssen an den Lastanschlüssen in einer Art und Weise montiert werden, dass die
spezifizierten Kräfte während der Montage und im späteren Betrieb nicht überschritten werden.
Fz+ < 200N
Fy- < 200N
Fx+ < 200N
Fy- < 200N
Fx- < 200N
Fz- < 800N
Abbildung 10 Höchstzulässige Zug- und Druckkräfte an den Lastanschlüssen des EconoDUAL™3
gelten einmalig während des Anschraubvorgangs.
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Application Note AN 2006-05
V2.1, Februar 2013
6.1 Optimale zugentlastete Lastanschlussmontage
Für eine optimale zugentlastende Lastanschlussmontage wird empfohlen, die Lastanschlüsse gemäß
den Prinzipbildern in Abbildung 11 oder Abbildung 12 zu montieren.
Der Fixierungsblock sollte von der Toleranzlage ca. 0,5mm niedriger sein als die Höhe der
Lastanschlüsse, um optimalerweise eine Vorspannung auf die Lastanschlüsse einzustellen und auf
jeden Fall eine schädigende, dauerhaft wirkende Kraft in F z+-Richtung (siehe Abbildung 10) zu
verhindern.
Abbildung 11 Prinzipskizze 1 einer optimal zugentlastenden Montage des EconoDUAL™3
Abbildung 12 Prinzipskizze 2 einer optimal zugentlastenden Montage des EconoDUAL™3
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N 2010-03
2009
Application Note AN 2006-05
V2.1, Februar 2013
7 Einsatz unter Vibrations- und SchockBelastungen
Die EconoDUAL™3 Module besitzen eine stabile Konstruktion, die mit dem klaren Fokus entwickelt
wurde, in der Anwendung eine größtmögliche mechanische Robustheit zu bieten.
Nichtsdestotrotz sind die in diesen Montagehinweisen angegebenen Höchstwerte für Zug- und
Druckbelastungen an den Lastanschlüssen in Kapitel 6 sowie die in Kapitel 2.2.4 genannten
Einpresskräfte an den Steuerkontakten als Angaben für eine einmalige, kurzzeitige Belastung im
Montageprozeß zu verstehen.
Die Auswirkungen von darüber hinausgehenden, dauerhaften mechanischen Belastungen,
insbesondere wiederkehrende wie die Vibrations- und Schockbelastung, auf das Modul sind stark
abhängig vom mechanischen Aufbau und dem Belastungsprofil der Anwendung und können daher
nicht generell spezifiziert werden.
Die Eignung dieser Module für den Einsatz unter solchen spezifischen mechanischen Belastungen
muss daher vom Anwender in seinem Aufbau und mit seinem Belastungsprofil eigenverantwortlich
qualifiziert werden.
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Lagerung und Transport von IGBT-Modulen
Während des Transportes und der Lagerung des Moduls sind extreme Kräfte durch Schock oder
Vibrationsbelastung genauso zu vermeiden wie extreme Umwelteinflüsse.
Die Lagerung der Module an den im Datenblatt spezifizierten Temperaturgrenzen ist möglich, wird
jedoch nicht empfohlen.
Die empfohlene Lagerzeit von max. 2 Jahren sollte mit den von Infineon empfohlenen
Lagerbedingungen gemäß TR14 eingestellt werden.
Ein Vortrocknen des Moduls vor dem Montageprozeß, wie er bei eingespritzten diskreten Bauteilen
(z.B. Mikrocontroller, TO-Gehäusen, etc.) empfohlen wird, ist bei Einhalten dieser Lagerbedingungen
bei EconoDUAL™3-Modulen nicht erforderlich.
9 Klimatisch Bedingungen im aktiven, stromführenden Betrieb von EconoDUAL™ 3 Modulen
EconoDUAL™ 3 Module sind nicht hermetisch dicht. Die Gehäuse und der für die elektrische
Isolierung verwendete einschichtige Verguss im Modul sind durchlässig für Feuchte und Gase in
beiden Richtungen. Feuchteunterschiede können daher in beiden Richtungen ausgeglichen werden.
EconoDUAL™ 3 Module von Infineon sind im aktiven, stromführenden Betrieb für klimatische
Bedingungen gemäß EN60721-3-3 mit der Klassifizierung der Umweltbedingungen für ortsfesten
Einsatz nach Klasse 3K3 spezifiziert.
Feuchteeinwirkung auf die Module z.B. durch Betauung und oder Kondensierung sowie klimatische
Bedingungen die über die Klasse 3K3 der EN60721-3-3 hinausgehen, müssen für jeden Einsatzfall im
Betrieb durch zusätzliche Maßnahmen vermieden werden.
Schadgase sind im Betrieb und während der Lagerung zu vermeiden.
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