Problèmes de brasage des grilles de connexion des semi conducteurs électriques

Ce n'est pas un secret que les clients des semi-conducteurs automobile sont de plus en plus exigeants. L'environnement de l'électronique « sous le capot » est sans doute un des environnements les plus stressants en termes thermiques de la planète. Les pièces électroniques proches du bloc moteur peuvent subir des températures extrêmes allant du froid le plus hivernal à une chaleur tropicale, avec la source de chaleur supplémentaire du moteur à combustion interne à proximité.

La norme de niveau de sensibilité à l'humidité (NSH) du JEDEC / IPC a été élaborée pour couvrir l'absorption d'humidité et les effets de « formation en pop corn » des matériaux moulés en polymères mais a été étendue à une utilisation permettant de couvrir différentes situations d'enrobage et de modes. La norme permet une certaine latitude de délaminage, même dans les conditions MSL1 habituellement exigées par les clients des semi-conducteurs automobiles. Cependant, aujourd'hui la « tolérance zéro délaminage » est l'exigence la plus courante des ingénieurs de conception automobile. Afin de répondre à ce besoin, les fabricants de matériaux de moulage et les fournisseurs de grilles de connexion ont travaillé sur la façon de parvenir à un délaminage zéro. Les fabricants de grilles de connexion ont élaboré diverses approches de leurs produits qui améliorent l'adhérence entre le métal de la grille de connexion et le composant moulé. Habituellement, cela prend la forme d'un texturage physique et chimique du cuivre par un processus comme la formation d'un oxyde marron.

Il n'est pas surprenant que ce besoin d'amélioration de l'adhérence (AA) entraîne des traitements des grilles de connexion qui sont l'antithèse du besoin de formation de connexions électriques sans vide, de conductivité élevée entre la pièce et la grille de connexion; en gros cela touche le degré de brasage du préforme ou de la pâte de brasage. Afin de régler ce problème, les fabricants de grilles de connexion se sont de plus en plus tournés vers l'utilisation d'un revêtement spoté d'argent sur du cuivre d'une épaisseur allant de 2 à 9 microns. Pourquoi l'argent est-il si épais par rapport à la pulvérisation d'argent sur la surface de la pièce ? Simplement parce que le cuivre se diffuse très rapidement dans l'argent et une couche d'argent plus épaisse entraîne une durée de conservation plus longue de la grille de connexion. Veuillez aussi noter que le revêtement ne permet pas un aussi bon processus de contrôle que la pulvérisation mais c'est bien moins cher et plus rapide.

Vous pouvez voir (ci-dessous) un schéma de pâte de brasage imprimé sur une de ces grilles de connexion.

 Un mode d'échec émergent est celui d'une humidification incomplète sur la grille de connexion conduisant à des pannes aux points où le brasage n'a pas pu complètement recouvrir la zone à revêtement en argent : « points de délaminage », (ci-dessous). La finition plate, brillante, argentée n'est pas une surface qui convient au brasage de composants moulés.

Alors pourquoi le brasage ne s'humidifie-t-il pas bien ? La réponse est rapidement très claire lorsque vous effectuez quelques calculs rapides de la teneur en argent finale attendue de la soudure terminée. Supposons que l'épaisseur de lignes de jonction (ELJ) soit de (25,75 microns) pour un brasage contenant 2,5% d'Ag (comme l'Indalloy 151 ou 163) et que l'épaisseur du revêtement est de (3 à 9) microns. On rencontre des épaisseurs de revêtement typiques de 2 à 9 microns (d'après une enquête récente auprès d'un client) avec une moyenne d'environ 3 microns.

Alors quelle est la teneur en argent de la soudure finale en supposant que tout l'argent est dissout ?

Les calculs, par conséquent, indiquent de 6 à 27 % d'argent. Le niveau de 27 % va bien au-delà de la limite de solubilité de l'argent dans ces types de brasage et en réalité dans la plupart des brasages, aux températures de brasage attendues. Le mécanisme de non humidification est clair : le brasage ne peut plus s'humidifier sur l'argent une fois qu'il a été rempli de particules intermétalliques insolubles.

Le message pour les fournisseurs de composants de semi-conducteurs électriques est donc le suivant :

• Conservez une épaisseur d'argent cohérente, d'un faible niveau : définissez des spécifications plus strictes sur le revêtement spoté en argent avec votre fournisseur.
• Mettez à jour votre prochaine inspection de contrôle qualité afin d'être sûr que vous obtenez ce que vous avez payé en termes d'épaisseur d'argent et de cohérence.
• Gérez l'inventaire des grilles de connexion afin de fonctionner de façon plus rationnelle et ne pas rencontrer de problèmes de durée de vie des grilles de connexion avec du cuivre se diffusant dans la fine couche d'argent et entraînant une oxydation (degré de brasage /problèmes de vide).

Vous avez une alternative (passer à un autre type de brasage) mais dans ce cas vous entamez une longue procédure de requalification.

Comme d'habitude, veuillez me contacter si vous avez besoin d'aide.

Au plaisir,  Andy

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