Einen Leiterrahmen oder eine DBC-Ausführung für Chipanschlüsse in Leistungsbauelementen wählen

Lötbarkeit und Benetzung
Die Benetzung und Verbreitung des Lots auf der Oberfläche ist ein wichtiger Teil bei der Bildung einer starken, zuverlässigen und leitfähigen Naht. Der Begriff "Lötbarkeit" meint, wie schnell und gleichmäßig sich das Lot auf der Oberfläche verbreitet, wobei starke Lohtnähte mit geringem Voiding immer das Resultat einer guten Benetzung sind. Es ist auch ein sehr lockerer Begriff, da er Elemente aus der Kinetik und Thermodynamik kombiniert. Die maßgebliche treibende Kraft für eine gute Lötbarkeit ist die Thermodynamik: die negative freie Energie der Bildung einer intermetallischen Bindung, die entsteht, wenn flüssiges Lot mit einer massiven Metalloberfläche in Kontakt kommt, wobei das flüssige Metall den Kontakt mit der Metalloberfläche bevorzugt.

So einfach ist es.

Beschichtungen, die vor Lötbarkeit schützen
Es gibt andere Faktoren, welche die Dinge kompliziert machen, wie beispielsweise Schutzbeschichtungen. Es gibt zwei Arten:

- Vergängliche, organische Materialien, wie OSPs (organische Lötbarkeitsschutzmittel), die meistens durchChemisorption auf Oberflächen (gewöhnlich Kupfer) aufgetragen werden, um die Oxidationsrate des zugrundeliegenden Metalls zu verringern, die jedoch während des Reflow-Verfahrens einfach durch eine Kombination aus Verdampfung und Solubilisierung im Flussmittel entfernt werden können.

- Opfermetallschichten (SML), die sich schnell im flüssigen Lot auflösen, nachdem Sie ihre Aufgabe erfüllt haben, die zugrundeliegende Metalloberfläche vor Oxidation zu schützen. Beispiele sind Ag/Ni und ENIG (Au/Ni): in beiden Fällen wird das Nickel durch das schützende lotlösliche Metall vor Oxidation geschützt. Wenn die SML zu dünn ist, ermöglichen kleine Löcher in der SML, dass das Nickel oxidiert: wenn die Schicht zu dick ist, können sich SML/intemetallische Lotverbindungen bilden und sowohl die Löslichkeit der SML als auch die Benetzungsgeschwindigkeit des Lots beeinträchtigen.

Voiding
Wir wissen, dass eine gute Lötbarkeit (und die logische Folge: geringes Voiding) für Hersteller von Leistungsbauelementen enorm wichtig ist. Diese besitzen Voidingkriterien für Chipanschlüsse, die gewöhnlich für einzelne Geräte bei 5% (einzelner Void) <10% (gesamt) liegen, während die IGBT-Voidingeinschränkungen zwischen <2% bis sogar <0,5% liegen. In beiden Fällen stellt %Voiding den prozentualen Anteil der Fläche der gesamten Lotnahtfläche dar.

Stickstoff (Sauerstoff im unteren ppm-Bereich) Reflow ist natürlich wichtig beim Löten mit hohen Temperaturen, wobei die Verwendung von Formiergas (H2/N2) bei manchen Oberflächen wie Nickel und Kupfer manchmal vorteilhaft ist. Bei großflächigen Chips (10x10mm und größer) mit sehr geringem Voding ist in der Regel der Vakuum-Reflow ausschlaggebend.

Einen Leiterrahmen wählen
Wir bei der Indium Corporation haben zuletzt mit verschiedenen Kunden sowohl an standardmäßigen verbleiten (Pb-haltigen) Lötpasten als auch an unserer neuen HT Pb-freien Lötpastentechnologie, der BiAgX®(®), zusammengearbeitet, wobei es nötig wurde, die Oberfläche des Leiterrahmens zu verändern. In diesem Fall wechseln die Kunden von der Edelmetallgalvanisierung von Kupfer zu "blankem" Kupfer, wodurch Kosteneinsparungen und der Wechsel zu einem bleifreien Chipanschlusslot ermöglicht wurde..
Nachfolgend ist ein Leitfaden für Leistungshalbleiterbenutzer, um einen angemessenen Leiterrahmen bzw. eine DBC-Ausführung auszuwäholen.

Vielen Dank an meine Kollegen Karthik Vijayamadhavan (Europa), Sehar Samiappan und SzePei Lim (Südostasien), David Hu (Hu Di) (China) und Dr Hongwen Zhang (USA) für ihre Kommentare und Hilfe.

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