【经验】flow90PIM IGBT功率模块，能以90°的角度实现散热器和PCB之间的机械连接

时间： 2018-10-16 来源：Vincotech

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VINCOTECHs的flow90PIM功率模块（整流器+BRC+逆变器）可以减少焊接工作量，并且不需要特殊构造的散热器。为此，该模块采用了与分立功率元件类似的特殊设计，使其能够以90°角安装到PCB上，这个优点对于窄底盘变频器这种在控制柜中使用的设备很重要。

图1 flow90PIM功率模块90°角安装到PCB

IGBT功率模块的设计决定了安装方式。模块水平安装在PCB上，这可以在元件侧与其他通孔元件一起完成，也可以在焊接侧完成。两种安装都有特定的优点和缺点。对于前者，如图2a所示，模块可以与其他通孔部件一起单道次焊接，从而减少组装成本。这种安装选项的缺点是需要使用特殊的凹槽散热片。

图2a 模块安装在元件侧

如果模块安装在翻转侧，则模块不能与其他组件焊接，如图2b所示，其必须由手工焊接或在一个单独焊接程序中由焊接机器人焊接。这需要更高的制造成本，并且这些焊接连接通常会增加故障的风险。

图2b 模块安装在焊接侧

此外，一些应用需要在壳体的后部进行冷却，即与PCB成90°，例如书架式逆变器。这种类型的应用要求使用散热器将热传导到壳体的后部，如图3所示。然而相对高的散热器成本也明显降低了热性能。

针对这些应用，Vincotech开发了一系列新模块叫做flow90PIM。该模块与传统功率模块的区别在于其90°封装，其可以在器件内以90°的角度实现散热器和PCB之间的机械连接（参见图3），无需额外的机械组件或特殊的散热器。

图3 模块在壳体的后部进行冷却，与PCB成90°

功率模块垂直安装在与所有其他组件相同的一侧。与图1相比，部件安装在一个侧面上，从而消除了额外的焊接操作，且不再需要专门设计的散热片，这简化了制造过程并降低了运营成本。此外，flow90 PIM能以更紧凑的方式构建变频器等终端设备。这种安装模块的方法特别适用于狭窄控制柜中的功率组件，以及所有其他需要散热器和PCB以90°角排列的应用。flow90 PIM的外壳设计也避免了模块附近额外的安装支架，降低了装配材料和安装的成本。

Vincotech开发的模块确保了PCB电路布线和低电感内外电路路径的简洁性，这尤其适用于flow90PIM，其中较长的电路用于较不重要的网络接口和电机连接，而较短的低电感电路用于实现到中间电容的关键链路。基于此，采用低成本的双层PCB布线（参见图4）。

图4 双层PCB布线图

Vincotechs的flow90PIM功率模块，“90”代表模块和PCB之间的安装角度，PIM（功率集成模块）指定集成电路的拓扑结构，输入整流器，带恢复二极管的制动IGBT，以及六个逆变器及其恢复二极管。

flow90PIM 1可提供不同的电流——600V和1200V（600V时为6,10,15,20,30A，1200V时为8,15A）。尺寸为83.5x37x20mm，非常紧凑。Vincotechs提供选型指南，以帮助给定的应用和电机功率选择正确的模块。根据选定的模块、开关频率、散热器温度和过载因子指示电机峰值功率。图5是选择指南的摘录，提供了模块的输出功率的视图。各种模块在图中用不同颜色表示。电机输出功率在X轴上显示，过载系数在Y轴上显示，开关频率为16kHz，散热温度为85℃，芯片温度为125℃。

图5 flow90PIM1选型指南

图中的蓝色模块，即V23990-P631-A，满足变频器对2-HP电机的要求，且所需的过载系数为150％。要求较高过载系数或较大电机的应用需要更强大的模块，例如V23990-P632-A。一旦在选择指南的帮助下预先选择了合适的模块，就可以使用数据表和应用说明精确地确定模块的大小。

flow90PIM 1采用沟槽栅电场中止（Trench-Field-Stop）技术。该技术用于获得更低的集电极-发射极饱和电压，从而降低正向电阻，同时确保快速开关性能。这是通过使用n个衬底和集电极之间的附加层（所谓的电场截止）以及称为沟槽栅极的垂直排列栅极来实现的。电场截止技术的附加层使得晶片的整体规格得以降低，从而减少正向电阻以及截止期间的尾部电流。垂直排列的栅极也改善了正向电阻，同时确保了IGBT的短路稳定性，这对于电机驱动非常重要。因此，Trench-Field-Stop功率模块特别适用于开关频率高达20kHz的应用。