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功率繼電器為什么要用陶瓷基板做材料?

當(dāng)今功率繼電器采用陶瓷基板,可提供隔離和極低的熱結(jié)至外殼阻抗,使用這些器件成為高負(fù)載電流開關(guān)應(yīng)用的理想選擇,尤其是當(dāng)器件被夾在散熱器。

 

 

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1 --> 大多數(shù)固態(tài)繼電器使用的“標(biāo)準(zhǔn)”技術(shù)制造商,利用傳統(tǒng)的陶瓷基板和陰極稱為“跳線”的連接:
請(qǐng)參見下面的安裝技術(shù)(圖 1)。

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這種技術(shù)的缺點(diǎn)是層數(shù)隨著層數(shù)的增加而累積結(jié)/殼?(Rthj/c)?熱阻,受限于熱應(yīng)力(根據(jù)循環(huán)次數(shù)溫度變化)和難以自動(dòng)化(過程可靠性)。

 

 

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2 --> DCB(直接銅鍵合)技術(shù):
創(chuàng)新在于基材。由于高溫(約 1000°C)擴(kuò)散工藝過程中,厚銅層(通常為 0.4 毫米)直接嵌入到氧化鋁基板上。跳線被大量具有多個(gè)錨點(diǎn)的鍵合線所取代,以承受顯著的過載電流。該技術(shù)帶來以下資產(chǎn):
* 良好的耐熱性。
*“熱”應(yīng)力除以 2 或 3。
* 簡(jiǎn)化安裝,通過自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的全面控制。

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什么是“熱應(yīng)力”?

 

固態(tài)繼電器是使用? ? 功率晶閘管、光耦合器和其他標(biāo)準(zhǔn)電子器件的大型組件成分。如果遵守電流和電壓特性,預(yù)期壽命會(huì)大大提高與機(jī)電繼電器相比(觸點(diǎn)無磨損 --> “實(shí)際上是無限的”!)。在過去的幾十年里,電子產(chǎn)品在可靠性和可靠性方面取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步光耦合器等元件現(xiàn)在的預(yù)期壽命非常長(zhǎng)。

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目前電力電子元器件的壽命主要取決于熱應(yīng)力,由于使用過程中的溫度變化。

實(shí)際上,由于局部加熱,每個(gè)開關(guān)動(dòng)作都會(huì)使晶閘管芯片發(fā)生溫度變化與芯片有關(guān)的不同因素:
a) 這種溫度變化首先與連接到負(fù)載的開關(guān)電流有關(guān)。
下面的例子:

??--> 圖 1:阻性負(fù)載上的溫度變化具有顯著的振幅預(yù)熱階段 (D T1) ,然后在調(diào)節(jié)階段 (D T2) 減少。
--> 圖 2:電機(jī)上的溫度變化在每個(gè)點(diǎn)上都有顯著變化 (D T2)由于啟動(dòng)電流能夠達(dá)到 8 x In 持續(xù) 1.6 秒而啟動(dòng)。

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b) 這種變化的幅度也是由于結(jié)之間熱阻的質(zhì)量和散熱器(或外殼):

Rthj/c(或 Zthj/c:熱阻抗/非穩(wěn)定溫度)。
DCB 技術(shù)可確保此 Rthj/c 的顯著降低。

??結(jié)點(diǎn)和散熱器(外殼)之間的溫差直接關(guān)系到熱阻抗和耗散功率:DTj/c= Zthj/c x Pd。
(散熱器在正常運(yùn)行期間保持相當(dāng)恒定的溫度)。

c) 用于決定硅表面積的芯片(硅芯片)的大小是主要的重要性。--> 芯片越大,功耗越小:
Pd = 0.9Vt x I + rt x I2 t :動(dòng)態(tài)電阻“rt”隨著芯片的增大而下降。
結(jié)/殼 (Rthj/c) 熱阻也與硅的表面積。(D Tj/c= Rthj/c x Pd)。

d) 散熱器的尺寸也很重要。

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結(jié)果
這些溫度變化導(dǎo)致熱膨脹約束更加嚴(yán)重當(dāng)使用的材料不同時(shí)。因此,“鉬”型減震器之間需要硅和可以由銅或特殊(雙金屬)合金和非常適合的焊料制成的連接。繼電器中使用的技術(shù)已經(jīng)使用了最好的連接材料,具有協(xié)調(diào)的擴(kuò)展特性。熱應(yīng)力循環(huán)次數(shù),已經(jīng)大大(陶瓷基板)優(yōu)于市面上大多數(shù)產(chǎn)品一倍,這項(xiàng)技術(shù),結(jié)合最佳尺寸的組件,提供首屈一指的結(jié)果。

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作者 gan, lanjie

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