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粘合促进剂会防止分层吗?

包装可靠性对于汽车应用中使用的功率半导体至关重要。

人气

功率半导体封装用于高温,高压环境。随着汽车市场中电动汽车(EVS)和混合动力电动汽车(HEV)的增加,对(和为)电力包装的要求一直在增长。汽车应用程序包必须通过广泛的安全测试,因此,包装可靠性至关重要。随着汽车应用中使用更多的半导体封装,包装具有零分层越来越重要。

无分层包的挑战

半导体封装由几种不同的材料组成。每个材料具有不同的性质,例如其热膨胀系数(CTE)。通过这些不同的属性,通过极端测试和实现真正的“零分层”是半导体制造商的具有挑战性的任务。

典型电源包结构有四个主要界面。D2PAK(AS-263作为JEDEC标准)包提供了这些接口的示例(图1和图2)。D2PAK专为低电阻和高速开关MOSFET而设计,适用于大功率应用。它用于电机驱动器,电源电路和DC-DC转换器。


图1:D2PAK的包装大纲图。


图2:D2PAK的横截面。

D2Pak的标准材料是裸铜(Cu)引线框架(LF),焊料(管芯),铝(Al)线(互连)和环氧树脂(EMC)用于包封。模具的材料可以是硅(Si),碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)。不同类型的材料需要相互粘附的粘附性,以承受严重的环境可靠性测试,并通过汽车组分的安全标准。


图3:可能分层的表面。

在EMC和铜LF,EMC和铅(PB)焊料,EMC和AL模具焊盘和/或EMC和镍(NI)引线垫(图3)之间可能发生分层。

最弱的粘合点在EMC和焊料之间。发展目标是在T = 0上实现零分层(在防潮检测(MRT)之后)* 1和温度循环(Tc)* 22000X。

* 1MRT:JEDEC LV。1(245°C回流x 3)

* 2TC条件:-55°C至150°C

粘合促进剂的有效性

粘合促进剂(AP)的材料选择非常重要,因为它必须与模塑树脂,铜,铝,镍和PB焊料相容。选择几种聚酰亚胺碱和环氧基础材料进行评估。首先,通过杯剪切试验测试粘合强度(图4)。


图4:采用布丁杯剪切试验的粘合强度测量。

所有AP材料显示出增加的粘合强度与室温(RT)和150℃(图5)的非AP涂覆表面。


图5:粘合强度比较。

在初始测试之后,使用D2Pak作为试验载体在包装上测试粘合促进剂。在引线键合后涂覆AP以覆盖粘合区域(图6)。此外,使用不同类型的EMC用于比较。


图。图6:从管芯附接到修剪和形式(TF)的过程流动,包括粘合促进剂涂层。

实验(DOE)的设计用非AP涂层包作为参考和三种具有不同EMC的AP材料进行。扫描声学断层扫描(SAT)检查是在初始,MRT(MSL 1),TC 500X TC 1000S,TC 1500x和TC 2000x中进行的。封装具有AP2涂层的包装,TC 2000x且达到完美的零分层(图7和图8)。


图7:AP涂层包装DOE的温度循环试验结果。


图8:坐着检测测试样品。

迄今为止的结果是有希望通过在组装过程中添加粘合促进剂来增强封装可靠性水平,以实现零分层。还值得一提的是,实施AP涂层是成本效益的,因为它可以通过在大多数装配位点上使用的分配工具施加。

结论

其中一个AP材料在所有接口上以TC 2000x实现了完美的零分层。我们确定了用作良好粘合促进剂的关键材料性能。下一个发展目标是将AP扩展到其他包和另一个结构,例如具有CU剪辑结构的电源包。



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