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전력 반도체의 리드프레임 납땜성 문제

Friday, April 5, 2013

자동체업계 반도체 고객들의 요구사항이 갈수록 까다로와지고 있다는 것은 공공연한 사실입니다. "자동차 엔진" 전자 환경은 논란의 여지는 있지만 지구상 가장 열을 많이 받는 환경일 것입니다. 엔진에 가까이 설치된 전자장치는 동절기 혹한에서 열대 열에 이르는 극과 극을 달리는 기후와 추가로 인접 내연기관의 열원을 감내할 수 있어야 합니다.

JEDEC / IPC의 수분 감도 수준(MSL) 표준은 폴리머 오버몰딩된 물질의 수분-흡수 및 "팝콘" 효과를 다루기 위해 개발되었지만 사용면에서 다양하고 상이한 패키징 상황 및 고장 모드를 다루도록 확장되어 왔습니다. 이 표준은 심지어 자동차업계 반도체 고객들이 항상 필요로 하는 MSL1 조건에서도 일정량의 박리를 허용합니다. 그러나 현재 자동차 설계 엔지니어들이 가장 많이 요청하는 바는 "제로 박리"입니다. 이 필요를 충족시키기 위해 오버몰딩 재료 제조업체 및 리드프레임 공급업체는 제로 박리를 달성하는 방법에 대해 진력해 왔습니다. 리드프레임 제조업체들은 리드프레임 금속 자체와 오버몰딩 혼합물 사이의 접착력을 강화시키는 자사 제품에 대한 다양한 접근법을 개발했습니다. 대개 이 작업은 구리를 물리적 및 화학적으로 텍스쳐링하는 형식을 취하며 브라운 산화 형성과 같은 공정을 사용합니다.

접착력 강화(AE)에 대한 필요성으로 인해 금형과 리드프레임 사이 무공극, 고전기 전도율 연결 형성에 대한 필요성에 반대되는 리드프레임 처리가 촉진되는 것이 놀랄 일은 아닙니다. 이것은 기본적으로 프리폼 또는 땜납 페이스트의 납땜성을 방해합니다. 이 문제를 피하기 위해 리드프레임 제조업체들은 두께가 2-9 미크론인 은을 구리에 도금하는 스폿 도금법을 점차 더 많이 사용하게 되었습니다. 금형표면에 스퍼터링한 은에 비해 이 은이 이토록 두꺼운 이유는 무엇입니까? 구리는 은에서 매우 신속히 확산하기 때문에 은층이 두꺼울수록 리드프레임의 저장수명이 길어집니다. 또한 주목할 것은 도금은 스퍼터링에 비해 공정 제어가 더 힘들지만 훨씬 더 저렴하고 공정이 빠릅니다.

이러한 리드프레임 중 하나에 인쇄된 땜납 페이스트 그림(아래)을 볼 수 있습니다.

새로 발생하는 오류 모드의 한 가지는 리드프레임을 불완전하게 습윤하여 땜납이 은도금 영역을 완전히 유동하지 못하는 곳에서의 오류인 "박리"로 이어집니다. 평평하고 빛나는 은 마감재는 오버몰딩 혼합물을 접합하는데 적절한 표면이 아닙니다.

그렇다면 땜납 습윤이 잘 되지 않는 이유는 무엇일까요? 완성된 접합부의 예상되는 최종 은 함량을 간단히 계산해 보면 답은 금방 분명해 집니다. 2.5%Ag (Indalloy 151 또는 163 비롯) 함량 및 도금 두께가 (3- 9)미크론이며 접합 두께(BLT)는 (25, 75 미크론)인 땜납을 가정해 봅시다. 2-9미크론의 보통 도금 두께는 평균 3미크론 정도의 두께로 보일 수 있습니다(최근 고객 설문조사에 기초).

따라서 은이 모두 용해되었다고 가정하면 최종 접합부의 은 함량은 어떻게 됩니까?

계산에 의하면 은 함량이 6-27% 입니다. 27% 수준은 예상 납땜 온도에서 이러한 종류의 땜납 및 사실은 대부분의 땜납에서 은의 용해성 한계를 훨씬 초과한 것입니다. 습윤이 되지 않는 메커니즘은 다음과 같이 분명합니다. 땜납은 불용성 금속간 입자로 채워지면 은에 습윤할 수 없습니다.

전력 반도체 부품 공급업체에게 주는 메시지는 다음과 같습니다.

낮은 수준의 지속적인 은 두께를 유지하십시오. 즉, 공급업체가 은 스폿 도금을 더욱 조밀하게 하도록 사양을 설정하십시오.
납품 품질 검사를 업데이트하여 은 두께 및 일관성에 있어 지불한 값에 대해 합당한 것을 받도록 확인하십시오.
리드프레임 재고를 관리하고 줄여서, 은 박막층 및 산화(납땜성 / 공극 문제)를 통한 구리 확산과 관련된 리드프레임 수명 문제에 빠지지 마십시오.