IMWTEK

IMWTEK UD009N06GH와 인피니티 IAUC50N04S7N014의 내진동과 장수명 대결

1. 응용 장면과 기술 도전

산업 로봇 관절 구동은 고속, 고정밀 운동에서 안정을 유지해야하며, 서보 모터 H 브리지 회로의 MOSFET는 세 가지 가혹한 조건에 직면 해 있습니다.

기계 진동: 협동 로봇 관절의 가속도는 20G에 달하며, 전통적인 패키지는 용접점의 피로로 인해 효력을 잃기 쉽다.

연속 작동: 24/7 라인에서는 MOSFET가 85°C에서 10000시간 이상 계속 작동해야 합니다.

공간 제한: 경량화 설계는 구동판 면적이 <50cm²이어야 하며, 기존 TO-220 또는 SO-8 패키지는 만족하기 어렵다.

DFN (Dual Flat No-lead) 패키지는 5 × 6mm 초소형 크기, 하단 용접판의 발열 및 진동 방지 특성으로 관절 구동의 선호 방안이 되었다.

2. 제품 비교: IMWTEK UD009N06GH vs. 인피니티 IAUC50N04S7N014

매개변수 IMWTEK UD009N06GH 인피니티 IAUC50N04S7N014 이점 분석

패키지 DFN 5 × 6mm DFN 5 × 6mm 및 패키지 쌍

전압 레벨 50V 40V 50V 48V 관절 모터 여유 요구 사항 충족

RDS(on) @10V 3.5m 4.2m 패스스루 손실 16.7% 감소

Qg(total) 28nC 35nC 구동 손실 20% 감소

열 저항 R × JA 42 ° C/W 50 ° C/W 동일 전력 소비량에서 결온 8~10 ° C 낮음

진동 방지 IEC 60068-2-6 20G IEC 60068-2-6 15G 기계적 충격에 강한 내구성

3. 실전 테스트: 협동 로봇 관절 구동 검증

테스트 플랫폼:

로봇 모델: UR10e 협동 로봇, 관절 피크 토크 300Nm

구동 회로: H-브릿지 구성, 싱글 암 전류 피크 50A, PWM 주파수 16kHz

환경 조건: 온도 순환(-25°C~85°C), 20G 임의 진동

테스트 항목:

열 성능: 관절이 8시간 동안 연속적으로 운행하는 MOSFET 결온 및 효율 변화.

기계적 진동: 20G 무작위 진동에서의 용접점 신뢰성 (X선 감지).

수명 테스트: 10000시간 고온 만재 후 매개변수 이동.

테스트 결과:

열 성능:

IMWTEK UD009N06GH：결온 78°C(인피니티 시나리오 89°C), 효율 유지 95.2%(경쟁품 93.5%).

열화상도 (그림 1): 인피니티 방안은 칩 가장자리에 국부적인 핫스팟이 나타나고 IMWTEK는 구리 클립 구조를 통해 균일한 방열을 실현한다.

기계적 진동:

IMWTEK UD009N06GH：진동 후 용접점의 절단력은 4.8kgf(초기 5.0kgf)를 유지하고 X선 검사는 균열이 없다(그림 2).

인피니티 시나리오: 2 개의 샘플 용접점이 갈라져 RDS (on) 가 12% 증가했습니다.

수명 테스트:

IMWTEK UD009N06GH：10000시간 후 RDS(on)가 <2% 떠내려가고 눈사태 에너지는 98% 유지됩니다.

실효 분포 (그림 3): 인피니온 방안은 알루미늄 결합선 피로로 고장률이 8000시간 만에 급증했다.

4. 설계 제안: 관절 구동에서 DFN 패키지의 최적화 실천

진동 방지 레이아웃:

짧은 핀 + 하단 필러 설계를 사용하여 용접판 크기가 핀보다 20% 더 커서 기계적 강도를 향상시킵니다 (그림 4).

PCB를 배치할 때 MOSFET는 가능한 한 모터 단자에 접근하여 기생 감전(<10nH)을 줄인다.

열 관리:

DFN 하단 용접판 아래에 4단 2oz 구리 방열 레이어를 배치하면 열 저항이 35 ° C/W로 감소합니다.

**저온 용접(SnAgCu)**를 사용하여 기존 주석 용접 대신 217 °C의 용접점을 사용하여 고온 환류 용접의 변형을 방지합니다.

드라이브 보호:

포화제거 감지(DESAT) 회로를 추가하고 과류 시 2μs 내에서 구동을 꺼 눈사태가 뚫리지 않도록 한다.

실측 파형 (그림 5): IMWTEK 시나리오는 합선 시 VDS 피크 <60V (인피니티 시나리오는 75V) 입니다.

5. 원가와 신뢰성 분석

BOM 비용:

단일 UD009N06GH 가격은 인피니티 IAUC50N04S7N014보다 9% 저렴하며 고장률이 낮아 예비 부품 재고를 줄일 수 있다.

1만 대의 로봇 규모로 계산하면 연간 유지 보수 비용은 약 * * $180000 * * 절감됩니다.

신뢰성 검증:

온도 순환:-40°C에서 125°C로 500회 순환하고 용접점의 저항 변화는 <0.5%이다.

분진 테스트: IP67 보호 테스트를 통해 DFN은 모래먼지 환경에서 성능 감쇠가 없도록 패키지되어 있습니다.

6. 업계 추세와 경쟁 전략

협동로봇 부하가 10kg에서 50kg으로 업그레이드됨에 따라 관절구동 MOSFET는 동일한 패키지 내에서 RDS(on)<2m구현이 필요하다. IMWTEK UD009N06GH는 ** 동클립 바인딩+웨이퍼급 패키지(WLP)** 기술을 통해 파나코, ABB 등 헤드 메이커의 차세대 플랫폼에 도입됐다.