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Application Note AN 2006-08 V2.1
April 2013
Easy B-Serien Module
Montagehinweise für EasyPIM™ und
EasyPACK Module
IFAG IPC
Application Note AN 2006-08 V2.1
April 2013
Montagehinweise für Easy B-Serie
Edition 2011-02-02
Published by
Infineon Technologies AG
59568 Warstein, Germany
© Infineon Technologies AG 2011.
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AN 2006-08-V2.1
Revision History: date (13-04-15), V2.0
Previous Version: V2.0
Subjects: Additional integration of chapter 10
Authors: Marc Buschkühle, IFAG IPC LP
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Application Note AN 2006-08 V2.1
April 2013
Montagehinweise für Easy B-Serie
Table of contents
1 Allgemeines.................................................................................................................................................. 4
2 Einlöten des Moduls in die Leiterplatte (PCB) .......................................................................................... 5
3 Befestigung einer Leiterplatte (PCB) am Modul ....................................................................................... 6
4 Beschaffenheit des Kühlkörpers für die Modulmontage ........................................................................ 7
5 Aufbringen der Wärmeleitpaste ................................................................................................................. 7
6 Montage des Moduls auf dem Kühlkörper ................................................................................................ 8
7 Systembetrachtung ...................................................................................................................................10
7.1
Das Modul ist vor der Montage bereits in die Leiterplatte eingelötet: ..............................................11
7.2
Das Modul wird erst nach der Montage in die Leiterplatte eingelötet: .............................................11
8 Luft- und Kriechstrecken ..........................................................................................................................11
9 Lagerung und Transport ...........................................................................................................................12
10 Klimatische Bedingungen im aktiven, stromführenden Betrieb von EasyPIM™/ EasyPACK
Modulen ......................................................................................................................................................12
3
Application Note AN 2006-08 V2.1
April 2013
Montagehinweise für Easy B-Serie
1
Allgemeines
Die in dieser Dokumentation beschriebenen Montagehinweise sind als Empfehlungen für den sicheren Einsatz
und Betrieb in typischen Anwendungen zu verstehen. Diese Empfehlungen basieren auf durchgeführten
Labor- und Feldtests.
Easy 2B
Easy 1B
Figure 1
EasyPIM™, EasyPACK 1B bzw. 2B. Modul mit eingespritzten Schraubklammern.
Die EasyPIM™ und EasyPACK Module der B-Serie sind für den Einsatz in Leiterplatten der Materialstärke bis
zu 2 mm ausgelegt.
Jedes Modul wird mit zwei in das Modulgehäuse eingespritzten Schraubklammern auf dem Kühlkörper
verschraubt. Der benötigte Abstand zwischen den Bohrungen beträgt bei beiden Modulen 53 mm ±0.1 mm
wie in Bild 1 dargestellt.
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Montagehinweise für Easy B-Serie
2
Einlöten des Moduls in die Leiterplatte (PCB)
Das Einlöten des Moduls kann sowohl vor als auch nach der Montage des Moduls auf dem Kühlkörper
vorgenommen werden.
Bei der Montage auf den Kühlkörper nach dem Einlöten in die Leiterplatte müssen für die
Befestigungsschrauben des Moduls entsprechende Bohrungen in der Leiterplatte vorgesehen sein (Bild 2).
Auf die Bohrungen kann verzichtet werden, wenn das Löten nach der Montage auf den Kühlkörper
durchgeführt wird (Bild 3). In diesem Fall ist die Masse des Kühlkörpers beim Lötprozess zu beachten.
Infineon
Bohrungen zur Verschraubung
des Moduls nach der Montage
(dem
Einlöten)
in
die
Leiterplatte.
Figure 2
Montage des Moduls nach dem Einlöten in die Leiterplatte
Infineon
Im ersten Schritt wird das Modul
am Kühlköper befestigt. Danach
erfolgt die Montage (das
Einlöten) in die Leiterplatte.
Figure 3
Montage des Moduls vor dem Einlöten in die Leiterplatte.
5
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Montagehinweise für Easy B-Serie
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Befestigung einer Leiterplatte (PCB) am Modul
Zur Befestigung einer Platine auf dem Modul können falls erwünscht Schrauben benutzt werden. Diese
werden in die auf dem Modul befindlichen Befestigungsdome eingeschraubt.
Neben dem Einschrauben der Schrauben 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.
Infineon
Figure 4
Detailansicht der Montagedome
Die in den Befestigungsdom eintauchende effektive Länge des Schraubengewindes sollte minimal 4 mm und
maximal 8 mm betragen. Die Platinendicke ist bei der Auswahl der Schraubenlänge zu berücksichtigen.
Die ersten 1,5 mm im Befestigungsdom dienen als Führung und können keine Kräfte aufnehmen.
Das Gewinde im Kunststoff formt sich durch das Eindrehen der Schrauben selbst.
Folgende Schrauben wurden getestet um die PCB zu fixieren:

Ejot

Ejot DELTA PT WN 5451 K25*8

Metrische Schrauben M2.5*x, z.B. M2.5*8 oder M2.5*10 abhängig von der verwendeten
Platinendicke
PT WN 1451 K25*10 A2K :Mmax=0,45Nm ±10%
:Mmax=0,4Nm ±10%
Um eine Beschädigung oder ein Aufplatzen des Doms zu vermeiden ist beim Einschrauben auf ein gerades
Einsetzten der Schraube in den Dom zu achten.
6
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Montagehinweise für Easy B-Serie
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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 Betriebes nicht zu
überschreiten.
Die Beschaffenheit der Kühlkörperoberfläche im Bereich der Modulmontage ist von großer Bedeutung, da
diese Verbindung zwischen Kühlkörper und Modul einen entscheidenden Einfluss auf die Wärmeabfuhr des
Gesamtsystems hat.
Die Kontaktflächen, die Unterseite des Moduls und die Oberfläche des Kühlkörpers, müssen frei von
Beschädigungen und Verschmutzungen sein, um unzulässige mechanische Beanspruchung des
Modulbodens und/ oder eine Erhöhung des thermischen Widerstandes zu vermeiden.
Anforderungen an den Kühlkörper:

Oberflächenrauhigkeit ≤ 10 µm

Oberflächenebenheit bezogen auf 100 mm Länge: ≤ 50 µm
Hinweis: 1. Die Oberflächenebenheit des Kühlkörpers sollte über die gesamte Modulmontagefläche
inkl. dem Bereich der Klammer die o.a. Werte nicht überschreiten.
Hinweis: 2. Eine Erhöhung der Schichtdicke der Wärmeleitpaste bewirkt eine Erhöhung des
thermischen Widerstandes Rth zwischen Modulboden und dem Kühlkörper.
5
Aufbringen der Wärmeleitpaste
Bedingt durch die individuelle Oberflächenform (z.B. Rauhigkeit und Ebenheit) von Kühlkörper und
Modulboden liegen diese nicht vollflächig aufeinander auf, so dass eine gewisse punktuelle Spaltbildung
zwischen den beiden Komponenten nicht vermieden werden kann.
Um die in dem Modul auftretenden Verluste abzuführen und um einen guten Wärmefluß in den Kühlkörper zu
ermöglichen, sind alle punktuellen Hohlräume mit Wärmeleitpaste zu füllen. Bei Verwendung von
Wärmeleitpasten ist auf einen homogenen Auftrag besonderer Wert zu legen.
Eine optimal aufgebrachte Schicht füllt alle Spalte, sollte aber gleichzeitig nicht den metallischen Kontakt
zwischen Modulboden und Kühlkörperfläche verhindern. Die Wärmeleitpaste sollte so gewählt werden, dass
sie dauerelastische Eigenschaften aufweist um einen gleichbleibend guten Wärmeübergangswiderstand
sicher zu stellen.
7
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Montagehinweise für Easy B-Serie
Vor der Montage des Moduls auf den Kühlkörper ist daher je nach Modulgröße und verwendeter
Wärmeleitpaste ein ca. 80 µm dicke Schicht homogen auf die gesamte Modulunterseite oder den Kühlkörper
aufzubringen (z.B. durch Spachteln, Aufrollen oder Siebdruck). Eine ausreichende Menge Wärmeleitpaste ist
dann aufgebracht, wenn ein wenig überschüssige Paste nach der Montage unter dem Modul herausquillt.
Empfehlenswert ist der Auftrag von Wärmeleitpaste im Siebdruckverfahren. Mit diesem Verfahren ist neben
einer dem Modul individuell angepassten optimierten Wärmeleitpastenverteilung auch eine homogene und
reproduzierbare Einstellung der Schichtdicke möglich. Bei Verwendung von Siebdruckverfahren ist eine
Verringerung der aufgetragenen Schichtdicken auf Werte unterhalb der oben genannten Daten möglich. Die
Größe des Moduls und die Viskosität der Wärmeleitpaste sind in diesem Fall wichtige Einflussfaktoren.
Weitere Hinweise zur Anwendung von Siebdruckschablonen zum Auftrag von Wärmeleitpaste finden Sie in
der Application Note AN2006-02 Anwendung von Siebdruckschablonen.
6
Montage des Moduls auf dem Kühlkörper
Das Befestigen des Moduls auf dem Kühlkörper erfolgt mit zwei Schrauben M4. Wahlweise können zusätzlich
auch Unterlegscheiben verwendet werden. Die entsprechenden Gewindebohrungen sind gemäß Bild 5 im
Kühlkörper vorzusehen.
Figure 5
Abstand der Gewindebohrungen
Hinweis: Sollte das Modul zunächst in die Leiterplatte gelötet werden, oder ist eine nachträgliche
Demontage des Moduls erwünscht, ist ein entsprechendes Durchgangsloch (Auslegung
nach verwendetem Schraubendreher bzw. Schraubkopfdurchmesser / Unterlegscheibe) in
der Leiterplatte vorzusehen.
8
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Montagehinweise für Easy B-Serie
Das Modul ist auf dem Kühlkörper so zu positionieren, dass die Löcher der Schraubklammern deckungsgleich über den Gewindelöchern des Kühlkörpers liegen. Es ist hierbei sicherzustellen, dass sich keine
Fremdkörper zwischen Modul / Klammer und Kühlkörper befinden.
Das Modul lässt sich befestigen, indem beide Schrauben gleichzeitig eingeschraubt und angezogen werden
(Bild 6a), oder indem das Modul während des Montageprozesses mit einer Kraft von ca. 10 N niedergehalten
wird so dass sich das Modul nicht aufstellt (Bild 6b).
Infineon
Infineon
Infineon
a) Befestigung des Moduls mittels gleichzeitigem Einschrauben und Anziehen.
Figure 6
Infineon
b) Befestigung des Moduls unter niederhalten
des Moduls während des Anschraubens.
Möglichkeiten der Modulfixierung
Alternativ kann zunächst eine Schraube eingedreht werden. Dabei ist darauf zu achten, dass sich das Modul
nicht aufstellt oder kippt. Dies wird erreicht indem die erste Schraube nicht komplett angezogen, also noch
kein Druck auf die Klammer ausgeübt wird (Bild 7a). Die zweite Schraube wird danach mit dem Kühlkörper
fest verschraubt (Bild 7b). Zuletzt wird die erste, noch lose Schraube fest mit dem Kühlkörper verschraubt
(Bild 7c).
Infineon
a) 1. Schritt
Figure 7
Infineon
Infineon
b) 2. Schritt
Arbeitsschritte bei einer alternativen Modulfixierung
9
c) 3. Schritt
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Montagehinweise für Easy B-Serie
Table 1
Technische Daten der Befestigungsschraube
Beschreibung
Werte
Befestigungsschraube
M4
Empfohlenes Anzugsdrehmoment
Ma = 2,0 – 2.3 Nm
Empfohlene Einschraublängen für Schrauben der Festigkeitsklasse 4.8 bis 6.8 bei verschiedenen
Werkstoffen
Al-Gusslegierungen
Al-Legierungen ausgehärtet
Al-Legierungen nicht ausgehärtet
Unterlegscheibe nach DIN 125
1)
2,2 x d = 8,8 mm
1,2 x d = 4,8 mm
1,6 x d = 6,4 mm
D = 9 mm
1)
1)
1)
gemäß Fachliteratur.
7
Systembetrachtung
Bei einer sachgemäßen Montage des Moduls erzeugt die Schraubklammer den erforderlichen Anpressdruck
des Moduls auf den Kühlkörper und gewährleistet zusammen mit der verwendeten Wärmeleitpaste einen
geringen thermischen Widerstand und einen optimalen Wärmefluß.
Da die Leiterplatte nur über die verlöteten Anschlusspins mit dem Modul verbunden ist sind geeignete
Maßnahmen zu treffen, um mögliche Schwingungen der PCB gegenüber den Anschlusspins zu minimieren.
Relativbewegungen zwischen eingelöteten Anschlüssen und dem Modulgehäuse sind zu vermeiden.
An jedem einzelnen Pin darf eine Zug oder Druckkraft von 6 N senkrecht zum Kühlkörper wirken. Dabei ist
eine Gesamtzugkraft am Modul von 20N nicht zu überschreiten. Die Druckbelastung kann bei homogener
Krafteinwirkung über das gesamte Modul zehnmal höher sein als die genannte Zugkraft. Eine geringe
Druckbelastung auf das Modul ist zu bevorzugen.
Die Leiterplatte ist daher zusätzlich am Kühlkörper in Modulnähe zu fixieren. Hierbei sind zwei Fälle zu
unterscheiden:
Infineon
Abstandhalter h = 12 ±0,3 mm
Figure 8
Fixierung der Leiterplatte.
10
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Montagehinweise für Easy B-Serie
7.1
Das Modul ist vor der Montage bereits in die Leiterplatte eingelötet:
Es wird empfohlen, einen Abstand zwischen Modulaußenkante und Abstandhalter von mindestens x = 5 cm
nicht zu unterschreiten (Bild 8). Dieser Abstand ist erforderlich, um die durch die Höhentoleranzen von Modul
und Abstandhalter entstehenden Kräfte F auf die Anschlusspins des Moduls zu minimieren. Hierbei darf die
Höhentoleranz der Abstandhalter die Toleranz der Modulhöhe nicht überschreiten (± 0,3 mm).
7.2
Das Modul wird erst nach der Montage in die Leiterplatte eingelötet:
Hierbei ist es zulässig, die Abstandhalter in unmittelbarer Nähe x ≤ 5 cm des Moduls zu platzieren, da keine
mechanischen Beanspruchungen der Anschlusspins entstehen.
8
Luft- und Kriechstrecken
Bei der Entflechtung der Leiterplatte sind die applikationsspezifischen Normen, vor allem hinsichtlich der Luftund Kriechstrecken zu beachten. Insbesondere im Bereich der Schraubklammer unterhalb der Leiterplatte ist
dies zu berücksichtigen. Um hier den jeweiligen Applikationsanforderungen gerecht zu werden, sind ggf. in
diesem Bereich elektrisch leitende Bauelemente oder Durchkontaktierungen zu vermeiden oder Maßnahmen
zur Isolierung, z.B. durch Lackieren zu treffen.
Figure 9
Luftstrecke Klammer-PCB
Die minimale Luftstrecke zwischen der Schraube und PCB hängt von der eingesetzten Befestigungsschraube
ab. Bei einer Innensechskantschraube nach DIN 912, U-Scheibe nach DIN 125 und der Klammer beträgt der
Abstand 6,8 mm wie im Bild dargestellt.
Die in den Datenblättern angegebenen Luft- und Kriechstrecken sind Mindestwerte ohne Berücksichtigung
weiterer Bauelemente, die in Modulnähe montiert sein können.
In jedem Fall sind die in der jeweiligen Anwendung vorkommenden Luft- und Kriechstrecken zu überprüfen,
mit den Anforderungen aus den applikationsspezifischen Normen zu vergleichen und gegebenenfalls durch
konstruktive Maßnahmen sicherzustellen.
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9
Lagerung und Transport
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 empfohlenen Lagerbedingungen gemäß Infineon
TR14 (Application Note “Storage of Products Supplied by Infineon Technologies) und IEC60721-3-1, class
1K2 eingestellt werden.
Max. Lufttemperatur: TmaxLuft=+40°C
Min. Lufttemperatur: TminLuft=+5°C
Max. rel. Luftfeuchtigkeit: φmax=75%
Min. Rel. Luftfeuchtigkeit: φmin=10%
Betauung: nicht erlaubt
Niederschlag: nicht erlaubt
Vereisung: nicht erlaubt
Ein Vortrocknen des Gehäuses vor dem Lötprozess, wie er bei eingespritzten diskreten Bauteilen (z.B.
Mikrocontroller, TO-Gehäusen, etc.) empfohlen wird, ist bei Easy B-Serien-Modulen nicht erforderlich.
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Klimatische Bedingungen im aktiven, stromführenden Betrieb
von EasyPIM™/ EasyPACK Modulen
EasyPIM™ / EasyPACK 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.
EasyPIM™ / EasyPACK- IGBT 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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