Fattori di processo, progettazione e materiali per il controllo dello svuotamento per applicazioni termicamente impegnative

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Lo svuotamento della saldatura è un fenomeno comune in tutti gli imballaggi di semiconduttori e nei gruppi di schede elettroniche. I vuoti sono un difetto fastidioso negli assemblaggi creati utilizzando la tecnologia a montaggio superficiale. I vuoti possono interferire con i segnali elettrici, possono essere isolanti quando è richiesta la dissipazione del calore e possono anche essere la fonte della propagazione delle cricche e del guasto precoce di un assieme quando si verificano vicino alla superficie della pastiglia. I livelli accettabili di vuoto variano a seconda dell'applicazione finale e dell'ambiente in cui viene utilizzato. Nel caso di applicazioni in ambienti difficili dal punto di vista termico come l'illuminazione a LED per esterni e automobilistica, è necessario il controllo del vuoto per ottimizzare le prestazioni e prolungare la durata del prodotto. questi componenti. Minore è lo svuotamento su questi pad termici ed elettrici, migliore è la connessione al PCB e agli strati successivi.

Ci sono molti fattori che influenzano la frequenza e la dimensione dei vuoti. Questo studio si concentra su diverse considerazioni relative al processo, alla progettazione e alla selezione dei materiali che controllano o potenzialmente riducono lo svuotamento per soddisfare i criteri di accettazione del settore e del mercato finale. Più specificamente, la progettazione del pacchetto, i profili di rifusione e la chimica della pasta saldante vengono discussi sotto forma di studi applicativi. Per questi casi di studio sono stati utilizzati PLCC commerciali di media potenza e pacchetti LED ceramici ad alta potenza su PCB con nucleo metallico in alluminio, inoltre BGA, D-Pak e MLF su PBC FR4.

Figura 1:Intrappolamento di vuoti all'interno dello strato di saldatura.

L’accettazione globale delle sorgenti luminose basate su LED ha spinto la tecnologia ad alta efficienza energetica a entrare in numerosi mercati e applicazioni finali, compresi i segmenti dell’illuminazione ad alta potenza. Gli esempi includono fari automobilistici esterni, illuminazione stradale/stradale, luci industriali, illuminazione architettonica e di intrattenimento. Di conseguenza, le aspettative dei clienti relative al mantenimento dell'efficienza, alle normative governative, alla sicurezza e alla riduzione dei costi complessivi dei sistemi/sostituzione sono importanti per soddisfare i tassi di adozione.

Per questi requisiti di elevata affidabilità e durata, è fondamentale disporre di un'eccellente affidabilità dell'interconnessione dell'assemblaggio per soddisfare le esigenze di cui sopra.

Il ruolo delle interconnessioni nel LED Livello 1 (collegamento chip/die) e Livello 2 (collegamento pacchetto su scheda) è fondamentalmente quello di:

Figura 2:Percorso termico LED ad alta potenza.

I vuoti, che sono sacche di gas intrappolati dal flusso di saldatura, possono causare problemi ai segnali elettrici, possono agire come resistori termici quando è richiesta la dissipazione del calore e possono anche essere la fonte della propagazione delle cricche e del guasto precoce di un assieme. La Figura 1 illustra vuoti di ampia area nello strato di saldatura sfusa. Il fenomeno dell'occorrenza del vuoto è un sistema complesso; ci sono molti fattori che determinano vari livelli di minzione. Gli esempi includono: chimica, profilo di rifusione, volume del materiale, finitura delle piastre saldabili e progettazione delle piastre dei componenti (termici ed elettrici).

Per gli assemblaggi di collegamento di chip LED di livello 1, l'uso di saldature tradizionali può essere visto come un vantaggio sia in termini di facilità di lavorazione che di costi. Tuttavia, l’importanza della gestione termica è fondamentale per i LED ad alta e altissima potenza. La temperatura di giunzione nel LED aumenta con l'aumentare della corrente di pilotaggio. Poiché oltre il 50% della potenza elettrica in ingresso viene dissipata sotto forma di calore a causa del calo di efficienza a correnti di pilotaggio elevate nei LED, questo aumento della temperatura di giunzione riduce l'emissione luminosa aumentando la probabilità di ricombinazione non radiativa causando un calo dell'efficienza e della durata nominale . Pertanto, il calore dissipato deve essere rimosso dalla giunzione per mantenere l'efficienza di conversione della luce e l'emissione luminosa del pacchetto LED ad alta potenza. I vari componenti nel percorso del flusso di calore in un pacchetto LED ad alta potenza sono mostrati nella Figura 2.

Tabella 1:Testare i dettagli del veicolo.

Inoltre, per il Livello 1, i requisiti per l'elaborazione di pacchetti LED con collegamento die basato su saldatura su schede come un assieme di Livello 2 richiedono capacità di rifusione di saldature multiple. Con più rifusioni dello stesso strato di saldatura, ciò potrebbe aumentare i livelli di vuoti che influiscono sull'affidabilità complessiva dello stack allo strato di livello 1.