Факторы процесса, конструкции и материала для контроля пустот в термически требовательных приложениях

Время чтения (слов)

Образование пустот при припое — обычное явление во всех полупроводниковых корпусах и электронных платах. Пустоты — это неприятный дефект в сборках, созданных с использованием технологии поверхностного монтажа. Пустоты могут мешать электрическим сигналам, могут служить изоляторами, когда требуется отвод тепла, а также могут быть источником распространения трещин и раннего выхода из строя узла, если они происходят вблизи поверхности колодки. Приемлемые уровни образования пустот варьируются в зависимости от конечного применения и среды, в которой он используется. В случае применения в суровых условиях окружающей среды, таких как автомобильное и наружное светодиодное освещение, контроль пустот необходим для оптимизации производительности и продления срока службы. эти компоненты. Чем меньше пустот на этих тепловых и электрических прокладках, тем лучше соединение с печатной платой и последующими слоями.

Существует множество факторов, влияющих на частоту и размер пустот. В этом исследовании основное внимание уделяется нескольким аспектам процесса, конструкции и выбора материалов, которые контролируют или потенциально уменьшают образование пустот, чтобы соответствовать критериям приемлемости в отрасли и на конечном рынке. В частности, дизайн корпуса, профили оплавления и химический состав паяльной пасты обсуждаются в форме прикладных исследований. Для этих тематических исследований были использованы коммерческие корпуса PLCC средней мощности и мощные керамические светодиодные корпуса на печатных платах с алюминиевым металлическим сердечником, а также BGA, D-Pak и MLF на печатных платах FR4.

Рисунок 1:Защемление пустот внутри слоя припоя.

Глобальное признание светодиодных источников света привело к тому, что энергоэффективная технология вышла на многочисленные рынки и в конечные приложения, включая сегменты освещения высокой мощности. Примеры включают наружные автомобильные фары, освещение проезжей части/улицы, промышленные светильники для высоких пролетов, архитектурное и развлекательное освещение. В результате ожидания клиентов относительно сохранения эффективности, государственного регулирования, безопасности и снижения общих затрат на системы/замену важны для удовлетворения темпов внедрения.

Для удовлетворения этих высоких требований к надежности и сроку службы крайне важно иметь превосходную надежность межсоединений сборки, отвечающую вышеуказанным потребностям.

Роль межсоединений в светодиодах уровня 1 (присоединение чипа/кристалла) и уровня 2 (прикрепление корпуса на плате) в основном заключается в следующем:

Фигура 2:Мощный светодиодный тепловой путь.

Пустоты, которые представляют собой карманы газов, захваченных флюсом припоя, могут создавать проблемы для электрических сигналов, могут действовать как термосопротивления, когда требуется рассеивание тепла, а также могут быть источником распространения трещин и раннего выхода из строя сборки. На рис. 1 показаны пустоты большой площади в объемном слое припоя. Феномен возникновения пустот представляет собой сложную систему; Существует множество факторов, которые определяют различные уровни мочеиспускания. Примеры включают: химический состав, профиль оплавления, объем материала, отделку паяемых площадок и конструкцию площадок компонентов (термические и электрические).

Для сборок крепления светодиодных чипов уровня 1 использование традиционных припоев можно рассматривать как преимущество как с точки зрения простоты обработки, так и с точки зрения стоимости. Однако важность управления температурным режимом имеет решающее значение для светодиодов высокой и сверхвысокой мощности. Температура перехода в светодиоде увеличивается с увеличением тока возбуждения. Поскольку более 50% входной электрической мощности рассеивается в виде тепла из-за падения эффективности при высоких токах возбуждения в светодиодах, такое повышение температуры перехода снижает светоотдачу за счет увеличения вероятности безызлучательной рекомбинации, вызывающей падение эффективности и номинального срока службы. . Следовательно, рассеиваемое тепло необходимо отводить от перехода, чтобы поддерживать эффективность преобразования света и светоотдачу мощного светодиодного блока. Различные компоненты пути теплового потока в корпусе мощных светодиодов показаны на рисунке 2.

Таблица 1:Детали тестового автомобиля.

Кроме того, для уровня 1 требования к обработке корпусов светодиодов с креплением кристалла на плате в виде сборки уровня 2 требуют возможности многократной пайки оплавлением. При многократном оплавлении одного и того же объемного слоя припоя это может увеличить уровень пустот, что повлияет на общую надежность пакета на уровне 1.