Fırat DEVECİ

Bir Yarı İletken Patlamasının Anatomisi

  • 6 ay önce, Fırat DEVECİ tarafından yazılmıştır.
  • 1 Yorum
  • 896 Kişi Okudu

Elektronik alanında hemen hemen her gün bir çok hesaplama ve daha sonrasında ise bunun gerçek ortam denemesi yapılmaktadır. Teorik olarak hesapladığımız değerlerin, deney ortamında uyması ve olası sorunlara karşı önlemlerin alınması da bu denemelerin temelini oluşturmaktadır. Tüm bu denemeler sırasında bazen komponent, bazen teorik hesap hatası bazen de başka sorunlardan dolayı arızalar ve ara sıra da tehlikeli sayılabilecek patlamalar meydana gelebilmektedir. Bu şekilde bir patlama meydana geldiğinde ise tasarımcı tabiri caizse patlamanın otopsisine bakarak sorunun nedenine inmek zorundadır.

Güç Modülü Patlatmak
Elektronik devrelerle uğraşan tasarımcıların ilk bozduğu elemanların başında dirençler ve elektrolit kapasitörler gelir. Özellikle yanlış eleman seçimi, yüksek akım ya da gerilim uygulanması gibi etmenler bu tür elemanların bozulmasında önemli roller oynar. Projeler ilerledikçe ve karmaşıklaştıkça patlayan eleman sırası yavaş yavaş yarı iletkenlere ve özellikle güç elemanlarına gelir. Bunların başında transistörler, mosfetler, IGBT’ler ve özellikle daha yüksek güç oranlarında modüller gelir. Araştırma ve geliştirme işlemleri yapılırken, kontrol edilmek istenen elemanın anormal davranışı, devrede öngörülmeyen etmenler, yazılımsal bir hesap yanlışı ve çoğu zaman da dikkatsizlikten dolayı güç modülleri bozularak bulunduğu ortama mekaniksel zarar verebiler. Özellikle güç elektroniğinde araştırma yaparken, yöneticileriniz makul sayıda ön görülmeyen bu patlama ve bozulmalara karşı hoşgörülü olması gerekmektedir.

Gelelim Otopsiye…
Öncelikle maktulü tanıyalım; Vincotech firmasının modülleri özel proje yapacaklar için oldukça uygun yapılara sahiptir. Bu anlamda uygulamasını yaptığım bir proje esnasında 650V/200A değerliğinde çiftli boost topolojisine sahip “30-F206NBA200SG-M235L25” modülünü kullanma şansını edindim.Yukarıda iç diyagramı görülen modül, pozitif ve negatif boost topolojine sahip, PFC ya da yenilenebilir enerji alanında kullanılmak üzere tasarlanmış. Özellikle yüksek inrush akımına (Nominal 200A, anlık 2000A) sahip bypass diyotları ile modül aslında tam olarak boost uygulamalarına özel olarak tasarlanmış.

Uygulama esnasında yanlış kullanım sonucunda patlayan güç modüllerini eğer iyi bir şekilde sökebilirseniz, hangi elemanın yandığını bulmanız olasıdır. Bu da ileride yaşanabilecek sorunları görmenize ve buna göre önlem almanıza yardımcı olacaktır. Aşağıda bir patlamış ve sağlam “30-F206NBA200SG-M235L25” modülünü görmek mümkündür (üzerine tıklarsanız daha büyük boyutunu görebilirsiniz).Son dönem yeni çıkan güç modüllerinin içerisine şeffaf, ısı ileten ve patlamalarda parça sıçramasını engelleyen sıvı madde ile doldurulur. İncelemeye başlamadan önce modülün pin yapısı aşağıda göreceğiniz şekilde incelenmelidir.Bu bilgi ile birlikte sağlam modüle ait fotoğrafı daha yakından görebilirsiniz.Modül incelendiğinde ilk göze çarpacak şeyler, silikon die’lar üzerine bağlanmış teller olacaktır. Özel tekniklerle yarı iletkenlere bağlanan bu tellerin bazılarından 25A akmaktadır. Bu kadar ince tellerden bu akımların akması olası gözükmese de, bağlantı noktaları yakınlığı nedeniyle bu durum gerçekleşebilmiştir. Bunun yanında tellerin özel bir form verilerek kıvrımlı şekilde yarı iletkene monte edildiği görülmektedir. Bu, özellikle yüksek akım, sıcaklık vb. durumlarda iletkenin esneme durumlarını bertaraf etmek için kullanılmaktadır. Yarı iletkenlerin çok düşük ve çok yüksek sıcaklık farklarında çalışamama nedenlerinden biri bu bağlantı noktalarıdır. Özellikle çok soğuk durumlarda bu teller çok kasılarak yarı iletkene zarar verebilmektedir.

Modül içerisi incelendiğinde, yarı iletkenlerin yeri aşağıdaki gibi belli olmaktadır, fotoğrafa tıklarsanız büyüyecektir.Modül dikkatlice incelenirse şemada her ne kadar 2 adet IGBT paralel gözükse de aslında 4 adet 50A IGBT paralellenerek 200A modül elde edildiği görülür. Infineon ya da benzeri bir firmadan alınan 50A’lik IGBT silikon die çoğullanarak büyük modüller oluşturulması sadece Vincotech tarafında değil, bir çok firmanın yaptığı uygulamadır. Yukarıda fotoğraf dikkatlice incelendiğinde hızlı diyotların da aynı metotla çoğullandığı görülmektedir. Sağ altta ise modülün sıcaklığını ölçmek için kullanılan NTC görülebilir. NTC modülün olası en sıcak yerine yakın olması gerekirken, modül yarı iletken yollarının karmaşıklığından dolayı bu, çoğu zaman idealden uzaklaşır. Dolayısı ile özellikle bu sıcaklık sensörüne göre çalışma yapacak tasarımcının dikkatli davranması yerinde olacaktır.

Sonuç Olarak…
Yüksek gerilim ya da güçler altında çalışma yapan arkadaşların, tüm denemelerden önce özellikle de gözlerini (özellikle de dumanından) bu tür patlamalardan korumaları gerekmektedir. Unutulmamalıdır ki hiç bir devre ya da tasarım ne hayatınızdan, ne elinizden ne de gözünüzden önemlidir. Bu yüzden özellikle lehim yapılan ortamlarda çalışan kişiler için, çalışılan kurum yapmasa dahi yılda en az iki kez “kanda kurşun” taraması yapılmasını öneriyorum.Herkese çalışmalarında güvenli çalışma alanları ve başarılar diliyorum.

  1. Mustafa Acar dedi ki:

    Bulunmaz değerde tecrübelerinizi paylaşmışsınız teşekkür ederiz.

Yorum Yazınız

error: Kopyalama KARDEŞ!