某高导热绝缘胶在星载端机可靠性应用评价

针对星载端机对高导热绝缘底填胶可靠性应用需求,开展双组分高导热绝缘胶可靠性及环境适应性综合影响评估。通过导热绝缘胶性能测试标准样件,测试验证本征性能指标及工艺性指标,并分析评估其合格性;设计制作典型BGA菊花链网络结构样件,采用导热胶填充工艺技术,验证导热绝缘胶空洞率对BGA器件焊点的影响,评价其工艺适应性;设计制作星载端机载荷,开展星载产品验收级环境与可靠性试验,验证端机载荷具有经受工作应力和环境应力的能力。该高导热绝缘胶满足星载产品散热及抗高载荷的需求,实现可靠性应用。

基于改进双支耦合Cauer模型的逆变器中IGBT模块结温预测方法

在严苛工况下,应用于光伏发电和风电系统逆变器中的IGBT模块极易老化,进而在焊料层中形成空洞,而芯片材料的热物性也会因高温而发生变化,两者结合将大幅影响耦合模型的预测精度。基于此,在热耦合效应下,对焊料层空洞和芯片热效应对芯片结温的影响进行分析,建立同时考虑IGBT芯片焊料层空洞损伤和芯片材料热效应的改进双支耦合Cauer模型。通过有限元方法研究不同空洞率对IGBT模块热特性的影响,并给出含有空洞时焊料层热阻的计算方法。在此基础上,进一步考虑IGBT模块芯片热参数对温度的依赖关系,建立芯片热阻-温度的函数模型。最终,通过实验验证所提改进模型的准确性和有效性,提高了IGBT模块的结温预测精度,增强了光伏发电和风电系统中逆变器的可靠性。

基于DOE的铁氧体隔离器衰减片点锡焊接工艺优化

铁氧体隔离器作为一种大量应用于5G通讯基站的通讯元器件,其可靠性关系到基站整机运行的持续性与稳定性,而隔离器的衰减片存在的焊接空洞问题可能导致隔离器在再流焊过程中发生失效,严重时导致基站电路板烧毁,因此管控及降低衰减片焊接空洞率十分重要。首先对铁氧体隔离器的衰减片焊接空洞产生的机理进行分析,并通过实验设计(Design of Experiment,DOE)对点锡过程中可能导致焊接空洞问题的因素进行了析因分析及点锡工艺的优化。实验结果表明,通过控制点锡轨迹及点锡速度,能显著减少焊接空洞,并明显提升该焊接过程的制程能力,大幅提升了分布参数隔离器的可靠度,降低了隔离器经历再流焊后失效的风险。

焊料空洞对IGBT模块功率循环寿命的影响

焊料空洞作为焊接层缺陷,对IGBT模块功率循环寿命影响尚且未知,研究焊料寿命影响因素对于提高IGBT模块可靠性具有重要意义。考虑到IGBT模块制造过程中出现的工艺空洞具有随机大小和随机未知的特征,文章针对不同空洞率的双面散热IGBT模块开展同一试验条件下的功率循环试验。试验结果发现,空洞率越高,待测器件的功率循环寿命越短。为了揭示其影响原理,文章建立了具有不同空洞率的IGBT模块三维有限元模型,并且构建的空洞具有与实际工艺造成的空洞相符合的随机大小和随机位置的特征。通过有限元仿真发现,空洞率越高,焊料层和芯片的最高温度越高,引起的黏塑性应变越大,因此其功率循环寿命越短。基于功率循环试验和疲劳仿真结果,IGBT模块焊接层空洞率极限推荐值为3%,该研究成果可为IGBT模块焊料空洞筛选步骤提供参考。

QFN器件组装工艺缺陷分析及预防措施

QFN器件在组装过程中容易出现信号焊盘桥连、散热焊盘空洞和侧面焊点爬锡高度不足等工艺缺陷。分析了缺陷形成机理,并从PCB焊盘设计、焊膏印刷模板设计提出了有效预防措施。

氢化松香酸值、软化点对SnAg3.0Cu0.5焊锡膏基本性能的影响

选用高酸值KE-604、中酸值AXE、无酸值KE-100三种氢化松香制备焊锡膏并进行基本性能测试。研究表明氢化松香的软化点越低Ti值越高、抗塌落性能越好,焊接过程中产生锡珠越少;高酸值松香能提高焊锡膏的焊接性,减少铜板腐蚀;中酸值全氢化松香能增加焊锡膏的抗塌落性能、润湿性和降低空洞率;无酸值松香酯能增强焊锡膏成膜性和提高抗塌落性能;在助焊剂配方中通常使用两种或两种以上的复配松香代替单一松香,来获得更好的焊锡膏性能。

活性剂对Sn64Bi35Ag1焊锡膏空洞率影响研究

通过对活性剂性能研究,探索助焊剂配方体系中不同活性剂类型及含量变化对焊锡膏空洞率的影响。以PCB测试基板为载体,焊锡膏经印刷、回流焊接后,使用XD7500VR JADE EP型号的X-Ray设备进行焊点空洞率测试,以空洞率的大小为评价指标,按照试验设计对6种不同活性剂进行了助焊剂合成,进一步配制焊锡膏进行焊点空洞率测试。经过对比分析,优选取了4种分解温度呈阶梯状的有机酸进行复配试验。结果表明:有机酸的复配能显著改善焊点的空洞率,己二酸、丙二酸、癸二酸、辛二酸的含量分别为2%、2%、4%、3%复配时,焊锡膏空洞率为6.8%。

IGBT模块焊料层空洞对模块温度影响的研究

介绍了IGBT模块的封装工艺,分析真空回流焊接过程中焊料层空洞的形成机理,并使用SAM方法检测并测量空洞;接着通过有限元模拟方法对模块进行热分析,对比了焊料层有、无空洞情况下模块的整体温度,具体研究焊料层空洞尺寸、空洞分布位置和焊料层厚度对芯片温度分布的影响。

焊料层空洞对IGBT器件热稳定性的影响

为了查明封装疲劳对绝缘栅双极型晶体管（IGBT）热特性的影响,从封装结构的角度分析了焊料层空洞对IGBT器件热稳定性的影响规律。首先建立了IGBT芯片封装的有限元模型,然后结合传热学分析了焊料层空洞大小、位置以及分布对IGBT芯片最高结温的影响规律并进行了仿真,最后基于加速寿命实验进行了验证。结果表明：空洞率相同时,芯片对角线上的空洞对芯片最高结温的影响最大;位置相同时,芯片顶点位置空洞大小的变化对芯片最高结温的影响最大;2种情况下,单个空洞的影响均大于相同空洞率下的空洞分布影响,而空洞分布中的中心集中分布对芯片最高结温的影响最大;芯片最高结温随空洞率增大而近似呈线性关系增大,芯片结壳热阻与空洞率也近似呈线性关系增大,验证了理论分析的正确性。研究结论可从封装疲劳的角度对IGBT尽限应用提供指导。

BGA焊点空洞对信号传输性能的影响

焊点空洞问题是影响BGA焊点质量和可靠性的重要因素之一。基于三维电磁场仿真软件HFSS对单个焊点空洞建模,分别研究了BGA焊点中不同位置、大小和数目的空洞对焊点传输性能的影响。研究结果表明,焊点内部空洞比表面处空洞对信号传输性能的影响更大;在焊点表面上的空洞,位于焊点中部的空洞比接近上下焊盘的空洞对信号传输性能的影响大;随着焊点中空洞体积增大或空洞数目的增加,焊点的回波损耗增大。

热循环加载片式元器件带空洞无铅焊点的可靠性

建立了片式元器件带空洞无铅焊点有限元分析模型,研究了热循环加载条件下空洞位置和空洞面积对焊点热疲劳寿命的影响。结果表明:热循环加载条件下空洞位置和空洞面积显著影响焊点热疲劳寿命。空洞位置固定于焊点中部且面积分别为7.065×10–4,1.256×10–3,1.963×10–3和2.826×10–3 mm2时,焊点热疲劳寿命依次为1 840,2 022,1 464和1 461周,空洞面积小的焊点寿命不一定高。

焊料空隙对隧道再生半导体激光器温度分布的影响

针对隧道再生半导体激光器,建立了内部的热源分布模型.模拟计算得到了2个有源区隧道再生半导体激光器三维稳态温度分布,分析了焊料空隙对芯片内部稳态温度分布的影响.结果表明,当芯片与焊料为理想全接触时,靠近衬底的有源区的热量积累略高于靠近热沉的有源区的热量;随着空隙的增大,焊料空隙上方靠近热沉的有源区的局部温升较快,容易引起正反馈的电热烧毁,与实验结果吻合.

基于结构函数的功率MOSFET器件热阻研究

热阻是衡量功率MOSFET器件散热能力的重要参数,对其准确测试与分析具有重要意义。基于结构函数理论,同一功率MOSFET器件在不同条件下进行两次实验,通过积分结构函数分离点来确定器件热阻。该方法简单准确,可重复性好,实验测试结果为0.5 K/W,与有限元(FE)建模获得的0.44 K/W符合较好。对比两不同批次器件的微分结构函数,其中一种器件微分结构函数发生0.2 K/W偏移,超声波扫描(SAM)发现该器件焊料层存有空洞,该方法可用来判断器件内部工艺的好坏。

Sn基钎料/Cu焊点Kirkendall空洞抑制研究

无铅钎料Sn-3.5Ag/Cu焊点用于微电子封装电子器件的互连,随着电镀铜的使用,电镀铜中引入杂质,以及焊点尺寸减小,封装密度增大,产生的Kirkendall空洞会使焊点在服役过程中严重影响接头的可靠性。文章分析了Kirkendall空洞形成机制,研究了抑制Kirkendall空洞的措施。

微尺寸SnAg凸点的制备技术及其互连可靠性

用电镀法制备了尺寸小于100μm的面阵列Sn-3.0Ag凸点.芯片内凸点的高度一致性约1.42%,Φ100mm硅圆片内的高度一致性约3.57%,Ag元素在凸点中分布均匀.研究了不同回流次数下SnAg/Cu的界面反应和孔洞形成机理,及其对凸点连接可靠性的影响.回流过程中SnAg与Cu之间Cu6Sn5相的生长与奥氏熟化过程相似.SnAg/Cu6Sn5界面中孔洞形成的主要原因是相转变过程中发生的体积缩减.凸点的剪切强度随着回流次数的增多而增大,且多次回流后SnAg/Cu界面仍然结合牢固.Cu6Sn5/Cu平直界面中形成的孔洞对凸点的长期可靠性构成威胁.

焊接层空洞率对LED背光源组件热阻的影响

焊接层空洞是引起电子器件和光电子器件失效的一种重要因素,同时也是应用系统可靠性研究的重要内容之一。它增大了焊接层的热阻使得功率半导体芯片由于散热不良而失效,本文通过实验研究了空洞率对LED背光源组件热阻的影响,结果显示随着焊接层空洞率的增大,样品结温与组件热阻都明显增加,且基本呈线性增长趋势,当空洞率约为17%时,热阻增长6.03%,结温提高1.74%;当空洞率约为73%时,热阻增长24.7%,结温提高9%。

Cu/Sn/Cu界面元素的扩散行为研究现状

从老化过程的界面作用和Cu/Sn/Cu界面元素扩散行为等方面,综述了国内外研究动态与进展。随后,着重介绍了老化过程Sn基钎料和Cu基板的界面反应和柯肯达尔孔洞形成的影响因素,并且柯肯达尔孔洞的形成与界面组分元素的扩散直接相关。最后指出了Cu/Sn/Cu焊点扩散行为研究中存在的问题,提出采用实验与分子动力学模拟相结合的方法开展研究,为以后界面元素扩散的研究起到启发作用。

焊料层空洞对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块温度分布的影响

作为新能源发电、电动汽车和智能电网的重要单元,IGBT模块得到越来越广泛的应用,其安全可靠性也受到更多的关注。当前功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件封装形式主要有焊接式和压接式两种;而其中焊接式发展较成熟,应用较广泛。作为构成IGBT模块的关键单元和实现IGBT模块功能的关键部分,焊料层的可靠性显得尤为重要。焊料层的失效形式主要有:空洞扩大、各材料的热膨胀系数不匹配导致的热疲劳;其中焊料层空洞由于焊接工艺局限性而难以避免。应用多物理场有限元仿真软件COMSOL,建立IGBT模块的三维模型;研究焊料层空洞不同位置、不同大小对IGBT模块芯片最高温度的影响;并研究新型材料Sn-Ag-Cu-0. 5Sb较传统焊料层材料Sn-Ag-Cu的优势。仿真结果表明同工况下,焊料为Sn-Ag-Cu-0. 5Sb时,芯片温度都比焊料为Sn-Ag-Cu时低一些,显示出较好的焊料性能。

共晶焊料焊接的孔隙率研究

大功率或高功率密度的高可靠集成电路等通常采用合金焊料焊接芯片,以降低封装热阻和提高芯片焊接的可靠性。合金焊料焊接方式主要有真空烧结、保护气氛下静压烧结、共晶摩擦焊等。不同焊接工艺有其不同的适应性和焊接可靠性。文章以高可靠封装常用金基焊料的共晶焊接为例,探讨在相同封装结构、不同共晶焊接工艺下焊接层孔隙率,以及相同工艺设备、工艺条件下随芯片尺寸增大孔隙率的变化趋势。研究结果表明:金-硅共晶摩擦焊工艺的孔隙率低于金-锡真空烧结工艺和金-锡保护气氛静压烧结;同一焊接工艺,随着芯片尺寸变大,其孔隙率变化不显著,但单个空洞的尺寸有明显增大趋势。

热循环条件下空洞对PBGA焊点热疲劳寿命的影响

球栅阵列(ball grid array,BGA)封装器件的广泛应用使空洞对焊点可靠性的影响成为业界关注的焦点之一。采用非线性有限元分析方法和统一型粘塑性本构方程,以PBGA组装焊点为对象,建立了互连焊点热应变损伤的三维有限元模型,并基于修正的Coffin-Manson方程,分析了在热循环加载条件下不同位置和大小的空洞对焊点疲劳寿命的影响。研究结果显示,位于原应力集中区的空洞将降低焊点疲劳寿命,基于应变失效机理,焊点裂纹易在该类空洞周围萌生和扩展;位于焊球中心和远离原应力集中区的空洞,在一定程度上可提高焊点的疲劳寿命。