RDSON und Lotdurchgangswiderstand

Wir erhielten eine interessante Frage eines chinesischen Die-Attach-Kunden diese Woche über den Durchgangswiderstand von Lot. Mein Freund Eric Bastow war der Meinung, dass die Indium Corporation dies über einen Blogbeitrag der breiten Öffentlichkeit zugänglich machen sollte.

Leistungshalbleiteringenieure verstehen wohl, dass die RDSON (der Quelle-Senke-Widerstand im "eingeschalteten" oder in Vorwärtsrichtung gepolten Zustand) eine der wichtigsten Leistungszahlen für ein Gerät mit geringem Verbrauch ist. Da dieser Widerstand nur in Energieverlust in Form von Hitze resultiert (Joule-Thompson), gilt, je geringer der RDSON, desto besser. Die meisten Geräte besitzen einen RDSON, der die pragmatischen Beschränkungen durch Kosten, das elektrische Design des Systems und DFM ausgleichen muss. Der anvisierte RDSON muss über die angestrebte Lebensdauer des Teils außerdem stabil sein; etwas das für Lote mit hohem Bleigehalt (hohes-Pb) bei Kontakttemperaturen nahe bei 200° immer besorgniserregender wird.

Bei Geräten mit Clip-Bonding ohne Drahtverbindung, trägt der Chip selbst am meisten zum gesamten Widerstand der Komponente bei. Dadurch werden die Chips dünner und dünner, was häufig zu unüblichen Ergebnissen führt, wie vermehrtem Voiding aufgrund von Chip-(+)-Verbiegungen, welche flüchtige Flussmittelbestandteile einschließen, und zu vermehrten Problemen bezüglich Kriechstrom aufgrund von Alphapartikeln.

Nun richtet sich die Aufmerksamkeit auf die Lotnaht als Hauptverantwortlicher für den Gesamt-RDSON. Wie bestimmen wir das nun also für jede Lotnaht? Zuerst die Grundlagen. Merken Sie sich Folgendes:

Leitfähigkeit = (1 / Durchgangswiderstand)

Die Indium Corporation besitzt viele Daten zu Lötlegierungen, einschließlich einer Messung der Leitfähigkeit der Legierung  als Prozentanteil des IACS-Standards von 1/1,72microOhm.cm, der deshalb eine umgekehrte volumetrische Messung des Durchgangswiderstands ist. Wie ist es volumetrisch? Lassen Sie mich Ihnen anhand der Chipanschluss-Lotverbindung zeigen wie dies funktioniert. Hier fließt der Strom in Richtung der z-Achse und der Kunde macht sich Gedanken darüber welcher Beitrag in dieser Lotverbindung von RDSON herrührt.

Wenn man das Lot Indalloy 151 (92,5Pb/5Sn/2,5Ag) verwendet, dann beträgt die elektrische Leitfähigkeit 8,6% vom Standardwert (1/1,72 micro.Ohm.cm), oder 0,086/1,72 microOhm.cm, oder ein Widerstand von 20 microOhm.cm. Mithilfe dieses Werts kann der Widerstand entlang der z-Achse (Rz) einfach berechnet werden.

Rz = 20 microOhm.cm * (z / x.y)

Daher beträgt Widerstand für eine Lotverbindung mit einer Dicke von 50 Mikrometer und 2 mm x 2 mm 2,5 microOhms. Und für ein RDSON mit einer zulässigen Grenze von 2 mOhm entspricht dies nur 0,125% des Grenzwerts.

Beachten Sie dabei, dass eine Clip-Bonding-Anwendung drei oder mehr Lotschichten verwendet (LF-Chip /Chip-Clip / Clip-LF usw.). Daher kann der Beitrag zu RDSON (einfach die Summe der Widerstände) möglicherweise nicht vernachlässigt werden.

Wie immer sind Anmerkungen und Korrekturen sehr willkommen.

Bis bald!  Andy

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