EDN China > 其它文章 > 电源技术 > 电源模块--架构 > 正文
? 2016博客大赛-不限主题,寻找电子导师,大奖升级??

(多图) 在功率应用中模块、PCB和散热片之间的相互作用

Ralf Ehler;Michael Frisch?? 泰科电子/ 电源系统?? 2005年05月04日 ?? 收藏0

  引言
  在系统设计中除了电子方面的努力之外,机械和热量的动态效果也不得不被考虑。模块以及它的热量散发功能是应用中的一个关键功能。
  本文介绍了应用在模块特征方面的要求,这些要求只有在因震动应力和在PCB的组装工序引起问题后才被广泛认识到的。以下是关于模块、PCB和散热片之间相互作用的专注。


  机械震动
  在震动应力方面的考虑在大多工业应用中是被要求的,并且在电机一体化电子设备中是必须的。
  为了避免由震动引起的引脚应力,一个PCB、功率模块和散热片的确定的机械连接是十分必要的。在震动期间,机械震动波形将在PCB上传播,当然也传播到机械连接被处理的很好的区域。
  这个问题可以通过靠近焊在PCB上的大的和重的元件处放置机械连接而被消除。这将在起源点就避免机械震荡波形。


机械震动


  机械稳定性
  对到PCB的通孔焊接,通常最弱的元件是引脚。目标是定义条件以避免在通孔焊接方式(TTH)的引脚处的机械拉力或振荡。进一步的严格过程是模块和散热片之间的热接触。功率模块的机械设计和组装过程对这些敏感的过程有明显的影响。


机械稳定性


  用于组装通孔焊接方式(TTH)功率元件的通常过程如下:
  

◆ 组装所有的通孔焊接方式(TTH)元件;
  ◆ 使用波峰焊焊接;
  ◆ 涂抹导热硅脂到散热片或功率模块的热接触面积;
  ◆ PCB到系统散热片上的组装,同时模块和散热片之间有传热接触。
  采用这个组装过程,模块在安装到散热片之前已被组装在PCB上了。因为这个事实,模块散热片的组装过程必须考虑进这个影响。以下方面的影响必须被考虑到:
  ◆ 公差在引脚上引起应力;
  ◆ 到散热片的不充分的热接触;
  ◆ 预弯的热接触面但模块和PCB之间没有固定物,而在引脚上产生拉力。

  机械连接
  在和PCB之间没有机械固定物的模块概念中,唯一的直接连接是引脚。为了避免对引脚的所有的拉力,在PCB和散热片之间的外加的机械固定物是必需的。只有在模块的机械外形和外部固定物之间的误差很小时,这个系统才能工作的很好。


机械连接


  在此对引脚的机械应力的全部避免是不可能的。
  唯一的办法是,改变组装过程并且在焊接前把模块安装到散热片上。在这里波峰焊是不可能的,组装成本会因多余另加的工序步骤而增加。
?
  公差的例子
  一个采用直接按压DCB(没有基板)的模块焊到PCB上,为了考虑机械稳定性,与模块靠得很近的地方需使用外部安装物。
  尺寸:
  ◆ 模块和PCB之间的距离=17mm±0.35mm
  ◆ 模机械固定支撑: 17mm±0.1mm
  在最坏的情况下,PCB将弯曲0.45mm。这将在引脚上引起拉力,并且将影响模块到散热片之间的热传输连接,因为外部支撑物和引脚上的拉力将减小模块热接触面积和散热片之间压力。去把外部支撑物的长度减小到模块的最小误差(例如17mm~0.45mm),将解决不了这个问题,特别是引脚放在模块面积的中间区域。长度的差异将导致PCB最大弯曲0.9mm。拉力将仍存在于模块中部的引脚上,并且也没有防止到散热片之间的热接触的减小,还因PCB弯曲而危及到敏感的元件。


  PCB模块之间的机械连接
  PCB和模块之间的直接连接避免了由误差引起的问题,原因是,引脚和机械连接是做在同一个元件中的。整个系统于是和模块一起连接到散热片上。


PCB


  预弯模块的热接触
  一个外突预弯的接触面积提高了散热片和模块之间的热接触。对带有基板的模块外突的热接触面积是必须的,基板是模块和散热片之间的唯一的机械压力。带有直接按压DCB的模块是采用封装把散热面积压到散热片上的。但是在这儿外突的形状也是最佳的。原因如下:


Module soldered into PCB


  把半导体芯片焊到DCB衬底上后,衬底有一点轻微的内凹。当模块焊到PCB上和被外壳按压下时,衬底中央的引脚将承受拉力。这个拉力将减小DCB衬底中心和散热片之间的压力。


当模块焊到PCB上和被外壳按压下时


  一个外突的热接触面积的优点要求机械设置方面的几个注意事项。如果PCB和模块之间没有先直接连接的话,在散热片组装后,靠近模块和散热片之间安装物的引脚将承受一些拉力。


在散热片组装后,靠近模块和散热片之间安装物的引脚将承受一些拉力


?  通过先把PCB固定到模块上,拉力被避免了并且中部的引脚将承受一些压力。这个压力将被引脚处的一个专门的应力释放部件的塑性变形补偿。
  卡式安装
  卡式安装也能提供相同的PCB和模块之间的连接,并且没有额外的螺丝安装过程这个劣势。对于杜卡式安装,一个弹性设置是必需的,不是模块提供一个柔性元件就是PCB提供弹性效果。


卡式安装


  上图PCB的弯曲在组装过程中是最大的,并且组装后变形仍然保持。象SMD陶瓷电容这样的敏感元件是危险的,这就是一个焦点,要在模块上提供一个弹性的部件,而这个部件将导致任何的PCB变形。
  一个具有集成弹性元件的塑料壳体解决方案是泰科电子(Tyco Electronics)

上一页12下一页
?? ?? ??


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友
?? ??

功率应用? 模块? PCB? 散热片?

相关文章

我来评论
美国的游客
美国的游客 ??? (您将以游客身份发表,请登录 | 注册)
?
有问题请反馈