由于QDPAK封装是英飞凌新一代大功率产品的表贴顶部散热产品,其安装方式有所不同,所以针对其安装方式做一些详细的介绍。
如下图,英飞凌针对600V以上高压器件推出了HDSOP封装系列(D-DPAK, TOLT, 及QDPAK) 。如下图列出了该系列已发布的封装型号及其关键参数信息。所有封装均具有统一的2.3mm标准本体厚度,这一特性使得不同分立器件(如650V碳化硅二极管、高压/低压MOSFET等)可以混合安装在同一散热板上。
该设计优化了组装流程:所有功率器件在PCB上的安装位置到散热板顶面的距离保持一致,既简化了装配工序,又无需对散热板进行特殊结构处理。
*QDPAK封装中22-3在22-1塑封本体上增加了一个凹槽,加大了D与S的爬电距离。
将表贴顶部散热封装器件单独安装到散热器上相对容易,由于机械公差无需特别考虑,因此,本文档不涉及单器件独立散热器的安装说明。在实际应用过种中,QDPAK可以支持更高的功率输出,因为通常会有多个QDPAK或顶部散热器件安装在同一个散热器上。为优化散热性能,建议尽可能减少PCB翘曲。可通过以下方式实现:
01
控制PCB尺寸——尺寸越大,翘曲越明显。或使用硬度更高或更厚的PCB减少板子自身形变。
02
增加分布式机械接触点,通过多点支撑有效降低PCB形变,如下图箭头所示,除了散热器四个角落有螺丝加以固定之外。每个QPDAK封装两侧都有两个螺丝加以固定,以减小PCB的形变。
如下图,展示了通过螺丝简化PCB与散热器组装的示例。在两个QDPAK封装之间缺少螺丝的位置,可能出现PCB翘曲,这将导致界面导热材料残留厚度过大,进而增大热接触热阻,导致结温偏高。
下图是实际温升测试,由于器件之间没有使用螺丝固定,在形变最大的中部位置,QDPAK器件的温度最高。
然而,若通过增加过多螺丝及相应PCB钻孔来解决该问题,又会在功率布线最关键区域造成导电面积损失。
所以,第三种方式是采用刚性基材或加装金属承载结构在PCB下方进行机械加固措施。如下图:
通过PCB背面的支撑柱和连接器对功率PCB施加压力。该设计确保了外壳上下部分具有足够的刚度,在向封装施加足够压力的同时最小化外壳变形。理想情况下,每个封装都应单独施加压力。否则,缺少支撑柱的器件(下图中Q2所示)会导致界面导热材料残留厚度增大,进而使热阻升高。
而对于器件层面,表贴产品在组装过程中,清洁电路板可有效防止功率器件底部异物颗粒导致的意外倾斜(如下左图)。由于Q-DPAK的引脚与本体底面的正公差设计,即使不对电路板做特别清洁,也会大大减少这种情况的发生概率。另外,回流焊工艺可能引发的SMD元件倾斜效应(如"立碑"现象,如下右图)也应予以避免。
综上所述,针对QDPAK封装,为最大限度的发挥其顶部散热性能,在保证合理的压力情况下,PCB和器件层面都要尽可能保持平整,减小因为器件倾斜或者PCB的翘曲引起的界面导热材厚度偏大而造成的器件温度偏高的情况。
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