Корпуса IGBT и пустоты в слое паяльной пасты – какая связь?

2023-10-26

Технология штабелированной упаковки используется в IGBT для повышения плотности упаковки, а также сокращения проводных соединений между микросхемами, тем самым улучшая скорость работы устройства за счет определения его безопасности. Однако эта структура серьезно снизила надежность IGBT. Какова связь между корпусом IGBT и пустотой слоя паяльной пасты? Прочтите эту статью, чтобы узнать.

Каков процесс производства модуля IGBT?

Вот краткая демонстрация процесса изготовления модуля IGBT.

Трафаретная печать➔Автоматическая сборка/размещение➔Вакуумная пайка оплавлением➔Ультразвуковая очистка➔Обнаружение дефектов (рентген)➔Автоматическое соединение проводов➔Лазерная маркировка➔Герметизация корпуса пластиком➔Заливка и отверждение корпуса➔Формирование клемм➔Функциональное тестирование

Технология упаковки IGBT

Надежность IGBT, являющегося важным основным устройством силовой электроники, является наиболее важным фактором, определяющим безопасную работу всего устройства. Поскольку в IGBT используется технология многослойной упаковки, эта технология не только повышает плотность упаковки, но также сокращает длину соединения проводов между чипами, тем самым улучшая скорость работы устройства.

Но из-за такой структуры надежность IGBT оказалась под серьезным вопросом. Поскольку IGBT в основном используется для переключения тока, он будет генерировать большие потери мощности, поэтому рассеяние тепла является важным фактором, влияющим на его надежность.

Какова связь между корпусом IGBT и пустотой слоя паяльной пасты?

Пустоты в слое припоя являются важным фактором, влияющим на надежность IGBT.

Основные точки отказа в корпусе модуля IGBT обычно связаны с соединением соединительного провода, местом сварки стружки и местом сварки подложки. Среди них два паяных соединения служат основными путями теплопередачи для IGBT, а качество паяного соединения является ключевым фактором, влияющим на его надежность.

Исследования показали, что наличие пустот внутри слоя припоя может нарушить процесс циклического изменения температуры и снизить эффективность рассеивания тепла устройством. Это, в свою очередь, приводит к повышению температуры и нарушению теплового цикла рабочего процесса. Следовательно, это приводит к локальному перегреву, ускоряющему повреждение модуля.

Согласно исследованию, при повышении рабочей температуры на каждые 10°C частота отказов из-за проблем, связанных с температурой, удваивается. Кроме того, во взаимосвязи между напряжением и деформацией наблюдается эффект гистерезиса. Во время непрерывного температурного цикла форма материала претерпевает изменения в реальном времени, усиливая термическую усталость, испытываемую слоем припоя. Следовательно, при упаковке IGBT основное внимание должно быть уделено минимизации пустот внутри слоя припоя.

Причина, по которой слой пайки IGBT склонен к образованию пустот

Чипы IGBT обычно очень большие, их длина составляет от 10 до 20 мм, а размер DBC обычно составляет от 20 до 40 мм. Образование пустот в слое припоя вызвано главным образом летучими веществами припоя, остающимися в слое припоя. Из-за большой площади сварки летучие вещества из сварочных материалов очень трудно испаряются.

Поэтому пустоты в слое припоя IGBT стали проблемой, которую инженеры пытаются решить. Учитывая высокие требования к надежности IGBT, уровень пустот должен быть важным фактором контроля в процессе упаковки. Обычный IGBT для небольшого бытового прибора или общего электрического устройства должен иметь коэффициент пустотности 5%. Для железнодорожного транспорта и аэрокосмической отрасли требования еще более строгие, и они должны даже упасть ниже 0,1 процента.

1)Форма сварочного материала

1. Вкладка «Припой». Это наиболее широко используемый припой в области IGBT.

Преимущества: используется меньше органических компонентов, мало пустот.

Недостатки:

Неудобен в эксплуатации;
Для каждого продукта требуется пластина для припоя определенного размера.

2. Паяльная паста. В последние годы эта мера постепенно появилась в области упаковки IGBT.

Достоинства: простота в эксплуатации, невысокая стоимость, подходит для сварки изделий различной спецификации.

Недостатки:

Испарение большого количества органических компонентов может легко привести к образованию пустот;

Остатки необходимо очистить.

Чтобы способствовать испарению летучих веществ в паяльной пасте, паяльную пасту обычно печатают в виде нескольких прямоугольных массивов, особенно между подложкой и DBC, чтобы использовать пайку паяльной пастой. Благодаря каналам между паяльной пастой летучие вещества смогут испаряться. Летучесть и смачиваемость паяльной пасты должны соответствовать процессу, чтобы избежать образования пустот в траншеи.

2)Процесс сварки

1. Одноразовая упаковка: DBC/подложка и DBC/чип помещаются с припоем одновременно, а пайка осуществляется одновременно в одной печи.

Преимущества: высокая эффективность;

Недостаток: два слоя припоя плавятся одновременно, а керамический чип плавает между верхним и нижним слоями расплавленного припоя, что затрудняет удаление пустот.

2. Лестничная упаковка: сначала припаяйте DBC/подложку припоем с высокой температурой плавления, а затем используйте припой с низкой температурой плавления для вторичной пайки между DBC/чипом (во время вторичной пайки припой при первой пайке не таять).

Преимущества: Избегайте плавания DBC между расплавленным припоем, низкий уровень пустот;

Недостатки: низкая эффективность производства.

3)Выбор сварочной печи

Изделия IGBT с высокими требованиями необходимо сваривать в вакуумной печи. Отрицательное давление вакуума также способствует выделению летучих веществ из паяльной пасты. Однако важно согласовать степень вакуума и время вакуумирования с паяльной пастой, иначе будет сложно добиться желаемого результата.

Существует также возможность отверждения силиконового геля низкой вязкости и высокой прозрачности при комнатной температуре, который является влагостойким, ударостойким, термостойким и самовосстанавливающимся. Модули IGBT и другие прецизионные электронные компоненты в основном герметизируются и заливаются этим материалом.

Мягкий и эластичный коллоид после отверждения, желеобразный гель, хорошая адгезия и герметизация ко многим основаниям;
Устойчивость к высоким и низким температурам (-60–240 °C) и отличные электроизоляционные свойства;
Высокая прозрачность, легкость ремонта и возможность автоматического заживления после разрушения коллоида.

Заключение

Пустоты в корпусе IGBT и слое паяльной пасты поясняются на рисунке выше. Как видите, пустоты от паяльной пасты необходимы для корпуса IGBT. Если мы не сможем лучше решить проблему пустот, это может оказать существенное влияние на корпус IGBT.Чэнлянкайда Technology.co., LTD.. была основана в 2007 году и накопила более 16 лет опыта в области печатных плат и сборки печатных плат. Мы специализируемся на исследованиях и разработке серии машин для вакуумной сварки и производственных линий для упаковки полупроводниковых приборов. Наши комплексные комплексные услуги, включающие проектирование, производство, сборку, тестирование и доставку, призваны предоставить вам обслуживание на высоком уровне.