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元器件布局裝配原則（一）

電子設(shè)備是由元器件、組件、連線及零部件等組裝而成，只有通過(guò)合理的布局、妥善安排其位置，才能有利于保證技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，并使其穩(wěn)定可靠地工作。在電子設(shè)備電路單元中，元器件的位置安排稱為元器件布局；電子設(shè)備內(nèi)組件位置的安排及元器件、機(jī)械零部件的位置安排，統(tǒng)稱為布局。各組件、元器件之間的各種導(dǎo)線的連接與走向安排，稱為布線。 布局與布線直接影響電子設(shè)備的性能、組裝工藝。

一、元器件的布局原則

1、元器件的布局原則

電子設(shè)備、組件中元器件的布局，應(yīng)遵循以下原則。

元器件布局應(yīng)保證電性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

電性能一般是指：頻率特性、信號(hào)失真、增益、工作穩(wěn)定性、相位移、噪聲電平、效率等有關(guān)指標(biāo)，具體要隨電路不同而異。元器件布局對(duì)電性能有較大影響，如低頻電路在高增益時(shí)，布局不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生寄生反饋使輸出信號(hào)失真或工作不穩(wěn)定；又如高頻裝置中布局不當(dāng)會(huì)增大分布參數(shù)（分布電容、接線電感、接地阻抗等），使電路參數(shù)改變，帶來(lái)不良后果；而對(duì)數(shù)字電路而言，如布局不當(dāng)會(huì)引起波形畸變，產(chǎn)生不利影響。如果在元器件布局時(shí)，注意電場(chǎng)、磁場(chǎng)的感應(yīng)影響、并將電、磁感應(yīng)降低到最低限度，就能夠減少上述不良現(xiàn)象的產(chǎn)生，否則應(yīng)采取屏蔽和隔離措施。

元器件的安裝

元器件的位置安裝和放置方向，以及元器件之間的距離，都直接影響著連線長(zhǎng)度和敷設(shè)路徑，導(dǎo)線長(zhǎng)度和布線的合理性也影響其分布參數(shù)和電磁感應(yīng)，最終將影響電路性能。因此元器件布局時(shí)應(yīng)考慮到布線，做到相互照顧。

元器件的布局

元器件布局應(yīng)考慮使安裝結(jié)構(gòu)緊湊，重量分布均衡，排列有序、有利于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

目前電子設(shè)備向小型化、微型化發(fā)展，要求結(jié)構(gòu)緊湊，提高組裝密度。因此在元器件布局時(shí)，應(yīng)精心考慮，巧妙安排，在各方面要求兼顧的條件下，力求提高組裝密度，以縮小整機(jī)尺寸。 此外，在布局時(shí)還應(yīng)考慮元器件的重量均衡，力求降低重心；同時(shí)應(yīng)做到元器件排列有序、層次分明，便于查找和維修。所有這些都應(yīng)有利于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于裝配和調(diào)試。

元器件布局應(yīng)有利于散熱和耐沖擊振動(dòng)

高溫對(duì)大多數(shù)元器件，特別是半導(dǎo)體器件影響較大，對(duì)溫度敏感的元器件影響更大，在布局時(shí)要有利于散熱，嚴(yán)格按照第２ 章中有關(guān)熱設(shè)計(jì)的要求布置。有些元器件耐沖擊振動(dòng)能力較差，或沖擊振動(dòng)對(duì)其工作性能有較大影響，在布局時(shí)應(yīng)充分注意防振和耐振問(wèn)題。

2、元器件布局時(shí)的排列方法和要求

電路元器件成直線排列的優(yōu)點(diǎn)是：

電路的輸入級(jí)和輸出級(jí)距離較遠(yuǎn)，減少了輸入與輸出之間的寄生反饋（寄生耦合）。

各級(jí)電路的地電流主要在本級(jí)范圍內(nèi)流動(dòng)，減少了級(jí)間的地電流竄擾。

便于各級(jí)電路的屏蔽和隔離。必須指出，在按直線布局時(shí)，應(yīng)使各級(jí)電路之間有足夠的距離，使前后級(jí)電路能很好地銜接，并應(yīng)注意引腳方向，使連線最短。對(duì)于集成電路塊，與之相連的元器件應(yīng)布置在集成電路塊相應(yīng)的引線附近，其距離應(yīng)稍近。

當(dāng)電路中既有高電位元件又有低電位元件時(shí)，高電位元件布置在橫軸上，而低電位元件布置在縱軸上，這樣可以免除地電流竄流，減少高電位元件對(duì)低電位元件的干擾。

雖然采用印制電路板的電路單元，地電流影響不像采用金屬底座的電路單元那樣嚴(yán)重，但布局時(shí)也應(yīng)采取直線布置，這樣輸入、輸出遠(yuǎn)離，寄生反饋小，而且各級(jí)電路印制導(dǎo)線最短，可削弱耦合干擾。

注意各級(jí)電路、元器件、導(dǎo)線之間的相互影響

各級(jí)電路之間應(yīng)留有適當(dāng)?shù)木嚯x，并根據(jù)元器件尺寸合理安排，要注意前一級(jí)輸出與后一級(jí)輸入的銜接，盡量將小型元器件直接跨接在電路之間，較重較大的元器件可以從電路中拉出來(lái)另行安裝，并用導(dǎo)線連入電路。

具有磁場(chǎng)的鐵心器件、熱敏元件，高壓元件，應(yīng)正確放置，最好遠(yuǎn)離其他元件，以免元器件之間產(chǎn)生干擾。

對(duì)高頻電路為了減少分布參數(shù)的影響，相近元器件最好不要平行排列，其引線也不要平行，可互相交錯(cuò)排列（如一個(gè)直立，另一個(gè)臥倒）。

排列元器件時(shí)，應(yīng)注意其接地方法和接地點(diǎn)

如果用金屬底座安裝元器件，最好在底下表面敷設(shè)幾根粗銅線作地線，地線應(yīng)熱浸錫后焊在底座中央（注意每根粗銅線必須與底座焊牢）。要接地元器件接地時(shí)，應(yīng)選取最短的路徑就近焊在粗銅地線上。 如果大型元器件安裝在其他金屬構(gòu)件上，應(yīng)單獨(dú)敷設(shè)地線，不能利用金屬構(gòu)件做地線。

在金屬底座和金屬構(gòu)件上安裝元器件時(shí)，應(yīng)留有足夠的安裝空間，以便裝拆。

如采用印制電路板安裝元器件，各接地元器件要就近布置在地線附近，可根據(jù)情況采用一點(diǎn)接地和就近接地。

在元器件布局時(shí)應(yīng)滿足電路元器件的特殊要求

對(duì)于熱敏元器件和發(fā)熱量大的元器件，在布局時(shí)應(yīng)注意其熱干擾，可采取熱隔離或散熱措施；對(duì)需要屏蔽的電路和元器件，布局時(shí)應(yīng)留有安裝屏蔽結(jié)構(gòu)的空間。

對(duì)推挽電路、橋式電路或其他要求電性能對(duì)稱的電路，排列元器件時(shí)應(yīng)注意做到結(jié)構(gòu)對(duì)稱，即做到元器件位置對(duì)稱，連線對(duì)稱，使電路的分布參數(shù)盡可能一致。

1700V全SiC功率模塊“BSM250D17P2E004”

概要：

近年來(lái)，由于SiC產(chǎn)品的節(jié)能效果優(yōu)異，以1200V耐壓為主的SiC產(chǎn)品在汽車(chē)和工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。隨著各種應(yīng)用的多功能化和高性能化發(fā)展，系統(tǒng)呈高電壓化發(fā)展趨勢(shì)，1700V耐壓產(chǎn)品的需求日益旺盛。然而，受可靠性等因素影響，遲遲難以推出相應(yīng)產(chǎn)品，所以1700V耐壓的產(chǎn)品一般使用IGBT。

在這種背景下，ROHM面向以戶外發(fā)電系統(tǒng)和充放電測(cè)試儀等評(píng)估裝置為首的工業(yè)設(shè)備用電源的逆變器和轉(zhuǎn)換器，開(kāi)發(fā)出實(shí)現(xiàn)業(yè)界頂級(jí)可靠性的額定值保證1700V 250A的全SiC功率模塊“BSM250D17P2E004”，這個(gè)新產(chǎn)品不僅繼承了1200V耐壓產(chǎn)品中深獲好評(píng)的節(jié)能性能，還進(jìn)一步提高了可靠性。

此次新開(kāi)發(fā)的模塊采用新涂覆材料和新工藝方法，成功地預(yù)防了絕緣擊穿，并抑制了漏電流的增加。在高溫高濕反偏試驗(yàn)（HV-H3TRB）中，實(shí)現(xiàn)了極高的可靠性，超過(guò)1,000小時(shí)也未發(fā)生絕緣擊穿現(xiàn)象。從此，在高溫高濕度環(huán)境下也可以安心地處理1700V的高耐壓了。

另外，模塊中采用了ROHM產(chǎn)的SiC MOSFET和SiC肖特基勢(shì)壘二極管（SBD），通過(guò)優(yōu)化模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使導(dǎo)通電阻性能比與同等SiC產(chǎn)品優(yōu)異10％，非常有助于應(yīng)用進(jìn)一步節(jié)能。

本模塊已于2018年10月開(kāi)始投入量產(chǎn)。前期工序的生產(chǎn)基地為ROHM Apollo CO., LTD.（日本福岡），后期工序的生產(chǎn)基地為ROHM總部工廠（日本京都）。

未來(lái)，ROHM不僅會(huì)繼續(xù)擴(kuò)充讓客戶安心使用的產(chǎn)品陣容，還會(huì)配備可輕松測(cè)試SiC模塊的評(píng)估板等，以進(jìn)一步滿足日益擴(kuò)大的市場(chǎng)需求。

特點(diǎn)：

1．在高溫高濕環(huán)境下確保業(yè)界頂級(jí)的可靠性

通過(guò)采用新涂覆材料作為芯片的保護(hù)對(duì)策，并引進(jìn)新工藝方法，使新模塊通過(guò)了HV-H3TRB高溫高濕反偏試驗(yàn)，從而使1700V耐壓的產(chǎn)品得以成功走向市場(chǎng)。

比如在高溫高濕反偏試驗(yàn)中，比較對(duì)象IGBT模塊在1,000小時(shí)以內(nèi)發(fā)生了引發(fā)故障的絕緣擊穿，而B(niǎo)SM250D17P2E004在85℃／85%的高溫高濕環(huán)境下，即使施加1360V達(dá)1,000小時(shí)以上，仍然無(wú)故障，表現(xiàn)出極高的可靠性。

2．優(yōu)異的導(dǎo)通電阻性能，有助于設(shè)備進(jìn)一步節(jié)能

新模塊中使用的是ROHM產(chǎn)的SiC SBD和SiC MOSFET。通過(guò)SiC SBD和SiC MOSFET的最佳組合配置，使導(dǎo)通電阻低于同等普通產(chǎn)品10%，這將非常有助于應(yīng)用進(jìn)一步節(jié)能。

審核編輯黃昊宇