Корпуса для изделий силовой электроники с повышенной теплопроводностью материала основания
За это время было проведено семь опытно-конструкторских работ, в рамках которых были разработаны и запущены в серийное производство металлокерамические корпуса (МКК) для интегральных микросхем (ИМС) категории качества «ВП»:
- CQFP256 (4244.256-3);
- CQFP240 (4245.240-5, 4245.240-6, 4245.240-6.01);
- CQFP108 (4238.108-2, 4238.108-3);
- CLCC48 (5142.48-А, 5142.48-В);
- CLCC16, 20, 28 (5119.16-А, 5121.20-А и 5123.28-1);
- CQFP112 (4233.112-А);
- основание ФПЗС.
Рис. 1. Корпуса для полупроводниковых приборов:
а) ТО-254 (восемь выводов);
б) ТО-254;
в) ТО-257;
г) ТО-258;
д) ТО-259
Используя свой научно-технический задел и материально-техническую базу, компания в 2010 г. приступила, успешно освоила и развивает направление по разработке и изготовлению корпусов для мощных источников электропитания (рис. 2) и полупроводниковых приборов (ПП) (рис. 1). За последние годы были разработаны и освоены в серийном производстве следующие корпуса с керамическими изоляторами выводов и повышенной теплопроводностью материала основания корпуса:
- ИВЭП-47;
- «Интеллектуал»;
- ТО-254;
- ТО-254 (8 выводов);
- ТО-257;
- ТО-258;
- ТО-259.
Рис. 2. Корпуса для мощных источников электропитания:
а) ИВЭП-47;
б) «Интеллектуал»
Основные конструктивные характеристики данных корпусов приведены в таблице 1. В таблице 2 приведены основные технические параметры и внешние воздействующие факторы.
|
Тип корпуса Параметр |
Значение параметра |
||||||
|
ИВЭП-47 |
«Интеллектуал» |
ТО-259 |
ТО-258 |
ТО-257 |
ТО-254 |
ТО-254 |
|
|
Шаг выводов, мм |
5,0 |
|
5,08 |
5,08 |
2,54 |
3,81 |
2,54 |
|
Габаритные размеры тела корпуса, мм |
75,90×39,70×9,50 |
59,00×59,80×7,80 |
30,00×13,70×6,63 |
21,00×17,50×6,63 |
16,50×10,60×4,93 |
20,20×13,70×6,43 |
13,70×13,70×6,48 |
|
Размер монтажного окна основания корпуса, мм |
57,20×37,40 |
51,60×45,60 |
14,96×8,76 |
15,50v8,90 |
8,30×5,00 |
11,16×9,26 |
7,10×11,10 |
|
Покрытие основания |
Н6 |
Н6 |
Н2; Н2Зл.1,5 |
Н2Зл.1,5 |
Н2 |
Н2; Н2Зл.1,5 |
Н2; Н2Зл.1,5 |
|
Количество выводов |
12 |
61; 62 |
3 |
3 |
3 |
3 |
8 |
|
Диаметр выводов, мм |
1,5 |
2,01; 0,82 |
1,50 |
1,50 |
0,80 |
1,00 |
0,80 |
|
Сопротивление изоляции (не менее), Ом |
1010 |
||||||
|
Метод герметизации |
Лазерная сварка |
Шовно-роликовая сварка |
|||||
|
Диапазон рабочих температур, °С |
–65…+175 |
||||||
Примечание:
1 — для силовых выводов;
2 — для управляющих выводов.
|
Наименование внешнего воздействующего фактора |
Наименование характеристики, фактора, единица измерения |
Значение характеристики воздействующего фактора |
|
Механические факторы |
||
|
Синусоидальная вибрация |
Диапазон частот, Гц |
1–2000 |
|
Амплитуда ускорения, g |
25 |
|
|
Одиночный удар |
Амплитуда ускорения, g |
1500 |
|
Длительность удара, мс |
0,1–2,0 |
|
|
Многократный удар |
Амплитуда ускорения, g |
150 |
|
Длительность удара, мс |
1–5 |
|
|
Климатические факторы |
||
|
Повышенная влажность воздуха |
Относительная влажность при температуре +35 °С, % |
98 |
|
Атмосферное пониженное давление |
Значение при эксплуатации, мм рт. ст. |
2,16×10-3 |
|
Повышенная температура среды |
Максимальное значение при эксплуатации, °С |
+175 |
|
Максимальное значение при транспортировании и хранении, °С |
+70 |
|
|
Пониженная температура среды |
Минимальное значение при эксплуатации, транспортировании |
–60 |
|
Изменение температуры среды |
Диапазон изменения температуры среды, °С |
–60…+175 |
Как видно из таблицы 1 и рис. 1–2, корпуса ИВЭП и «Интеллектуал» имеют достаточно большие габаритные размеры. Конструктивно основания этих корпусов состоят из пластины (базы) и ободка с закрепленными в нем посредством керамических изоляторов выводами. Припайка ободка к пластине осуществляется высокотемпературным припоем Ag72Cu28 (ПСр72), температура плавления которого превышает +780 °С. При такой высокой температуре в зоне пайки будут возникать значительные механические напряжения, что приведет к деформации материала корпуса, превышающей допустимые пределы.
Степень деформации зависит от следующих факторов: чем больше размер корпуса и чем меньше толщина базы, тем больше деформация.
Существует несколько способов решения данной проблемы:
- Применение для сборки основания корпуса более низкотемпературного припоя, например AuSn или AuGe, температура плавления которых ниже +400 °С. Но этот способ приведет к значительному увеличению стоимости корпуса и снижению надежности.
- Увеличение толщины базы с 1 до 2 мм. Недостатком этого способа является увеличение стоимости изделия за счет увеличения стоимости расходуемых материалов и крайне негативно скажется на массо-габаритных показателях изделия.
Чтобы не произошло ухудшения технико-экономических показателей корпуса, для решения данной проблемы нами были внесены конструктивные изменения в части введения между базой и ободком демпфирующего кольца, позволяющего снизить механические напряжения (рис. 3, 4).
Рис. 3. Конструкция корпуса «Интеллектуал» до модификации
Рис. 4. Конструкция корпуса «Интеллектуал» после модификации
В качестве материала базы вышеприведенных корпусов используется сплав вольфрам-медь (W85Cu15), имеющий согласованный ТКЛР с материалом демпфирующего кольца (29НК–ТКЛР (4,6–6,5)×10-6 град-1) — 6,3×10-6 град-1 и имеющий теплопроводность 196 Вт/м·К. Для примера, теплопроводность ковара (29НК) составляет 19 Вт/м·К.
6 июня, 2020
21 января, 2008