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超快恢复二极管(FRED)模块

2018-07-12 16:33:12

FRED模块是由二个或二个以上的FRED芯片按一定电路连成后,共同封装在一个PPS工程塑料外壳内而制成,图1示出了本公司已开发的,并已批量生产的FRED模块内部电联接形式图,其电压为600V、1200V和电流为25A—300A。所有模块产品均通过了国家电力电子产品质量监督检验中心的全面测试和江苏省科委组织的省级鉴定。这些模块都具有下列特点:

  1)FRED芯片都采用国外生产的、玻璃钝化保护的方形芯片,它具有关断时间trr短(30纳秒—50纳秒),反向峰值电流小、通态电压降VFM小,反向恢复软(即dirr/dt小)等优点,易于模块芯片的串、并联使用;

  2)外壳采用聚苯硫醚(PPS)加40%玻璃纤维材料制成,它具有尺寸稳定性好,耐压等级高(20KV/mm)、吸水率低(0.05%)、较高的热变形温度(260℃左右),并具有阻燃性能和与环氧树脂有很好的亲和性,使模块电稳定性增加;

  3)采用与PCB板一样可以刻蚀出各种图形的AlN陶瓷覆铜DCB板,因而大大缩短连线,简化结构,同时DBC板还具有机械强度高,绝缘性能好(20KV/mm),热导率高(170—180w/m.k),可焊性好,热膨胀系数接近硅(DBC板是5.1×10M-6/℃,硅为4.2×10-6/℃),因而可以直接把硅芯片焊在DBC板上,节省了过渡层钼(Mo)片,简化了工艺,提高了可靠性;

  4)采用铜底板预变技术。由于铜底板的热膨胀系数(16.7×10-6/℃)是AlN陶瓷覆铜板(5.1×10-6/℃)的3倍,因此它们之间大面积高温焊接后,造成DBC板严重弯曲,并使焊料塑性形变,接触不良、热阻增大,从而可能使硅芯片破裂,模块损坏。为此,对铜底板在焊接前进行一定弧度的预弯,如图2(a)(b)(c),这种焊成后尚存在一定弧度的焊成品,当模块压装在散热器表面时,使它们之间有充分的接触、使热阻降低,有利于模块散热;
  5)采用正烧(FRED芯片阴极在上、阳极在下)和反烧(FRED芯片阴极在下、阳极在上)结构的FRED芯片,大大降低模块内部的连线数,简化了工艺结构,使模块可靠性提高;


  6)在硅芯片玻璃钝化保护基础上,再用RTV硅橡胶、弹性硅凝胶和环氧树脂等多重保护工艺技术,提高了模块的防潮、防湿和防震动的能力,使模块的可靠性和稳定性大大提高;

  7)采用适于批量生产的氢(H2)、氮(N2)混合气体保护的隧道炉一次焊成工艺以及单真空箱焊接工艺,使焊接空洞大大降低,有效焊接面积达99%左右,因而大大降低了模块的结—壳(铜底板)热阻Rth(j-c)有利于模块的出力和工作的稳定性。


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