Algunos Temas de Bastidores de Conexión y la Capacidad de Soldadura en los Semiconductores de Energía

No es ningún secreto que los clientes de semiconductores automotrices están cada vez más demandantes.  El medioambiente de la electrónica bajo capó es indiscutiblemente uno de los más estresantes a nivel térmico en el planeta.  Los productos electrónicos próximos al motor pueden experimentar extremos que van desde el frío invernal glacial hasta el calor tropical, con la fuente agregada de calor del motor de combustión interna adyacente.

La Asociación de Industrias relacionadas con la Interconexión de Electrónicos (IPC, por sus siglas en inglés) / El Concejo Conjunto de Ingeniería de Dispositivos Electrónicos (JEDEC, por sus siglas en inglés) desarrolló  un estándar de nivel de sensibilidad de humedad (MSL) para cubrir los efectos de absorción de humedad y la aparición de formas esféricas similares a las palomitas de maíz en la soldadura ("popcorning") de los materiales poliméricos sobremoldeados, pero se han expandidos en el uso y cubren una variedad de situaciones diferentes de empaque y modos de fallas. El estándar permite una cantidad determinada de delaminación, incluso bajo las condiciones de MSL1 normalmente requerido por los clientes automotrices de semiconductores. Sin embargo, ahora el pedido más común de "tolerancia cero para delaminación” proviene de los ingenieros de diseño automotriz.  Para cumplir esta necesidad, tanto los fabricantes de materiales para sobremoldeado como los proveedores de bastidores de conexión han estado trabajando acerca de cómo manejar la delaminación cero.  Los fabricantes de bastidores de conexión han desarrollado una variedad de enfoques para sus productos que mejoran la adhesión entre el metal de los bastidores de conexión y el compuesto de sobremoldeado.  Normalmente, esto toma la forma de la textura física y química del cobre, utilizando un proceso como la formación de óxido marrón.

No es sorprendente que esta necesidad de mejora de adhesión (AE, por sus siglas en inglés) impulse tratamientos de bastidores de conexión opuestos a la necesidad de formación de conexiones eléctricas libres de vacío y de alta conductividad entre el pegamento y el bastidor de conexión. Básicamente se mete con la capacidad de soldadura de la preforma o pasta para soldar.  Para evitar este tema, los fabricantes de bastidores de conexión usan cada vez más la metalización puntual de plata sobre cobre, con espesores que varían desde 2 a 9 micrones.  ¿Por qué la plata es tan espesa, en comparación con el esparcido de plata en la superficie del molde? Simplemente porque el cobre se diluye muy rápidamente en la plata, entonces una capa más espesa de plata conduce a una vida útil más prolongada para el bastidor de conexión.   También note que la laminación no tiene un buen control de proceso como esparcido, pero es mucho más económico y más rápido.

Usted puede ver (abajo) un esquema de la pasta para soldar impresa en uno de estos bastidores de conexión. 

Un modo emergente de falla es el de humedecimiento incompleto en el bastidor de conexión, conduciendo a fallas en los sitios donde la soldadura ha fallado para fluir sobre el área laminado en plata en forma completa, "sitios de delaminación" (abajo). El acabado plano y brillante de plata no es una superficie adecuada para soldar a los compuestos de sobremoldeado.

¿Entonces por qué no está humedeciendo bien la soldadura? La respuesta se aclara muy rápidamente cuando usted hace los cálculos aproximados y rápidos del contenido esperado final de la plata de la unión acabada. Asumamos que algunos espesores de la línea de adhesión (BLT) es (25,75 micrones) de una soldadura que contiene 2,5% de Ag (como ser Indalloy 151 o 163) y el espesor de laminación es (3 a 9) micrones.  Pueden verse los espesores típicos de 2 a 9 micrones, en base a una encuesta reciente de clientes), con un promedio de casi 3 micrones.

¿Entonces cuál es el contenido de plata de la unión final, asumiendo que toda la plata está disuelta?

Los cálculos, por lo tanto, muestran que es de 6 a 27% de plata.  El 27% del nivel está mucho más allá del límite de la capacidad de solubilidad de la plata en estos tipos de soldadura, y en realidad en la mayoría de las soldaduras, a las temperaturas esperadas de soldado.  El mecanismo de no humedecimiento es claro: la soldadura ya no puede humedecer sobre plata, una vez que se ha llenado con partículas insolubles intermetálicas.

El mensaje a los proveedores de componente de semiconductores de potencia es:

• Mantener el espesor de la plata en un nivel bajo y uniforme: configurar las especificaciones más ajustadas en la metalización puntual de la plata de su proveedor.
• Actualizar su inspección venidera de control de calidad de modo que pueda estar seguro de obtener lo que pagó en términos de espesor de plata y uniformidad.
• Manejar un inventario de bastidor de conexión de modo que usted se desarrolle más dinámicamente, entonces no se encuentre con temas de vida útil del bastidor de conexión con la difusión del cobre a través de la capa delgada de la plata y oxidación (capacidad de soldadura/problemas de vacío).

Usted tiene una alternativa (cambiar a un tipo alternativo de soldadura) pero entonces tiene un procedimiento de recalificación más largo.

Como siempre, por favor comuníquese conmigo si necesita ayuda.

¡Saludos! Andy

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