EPP 09.2022

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» BAUGRUPPENFERTIGUNG Kontaminationsanalyse: Bei der Zusammenfassung der Ergebnisse der Oberflächenanalyse liegt der Schwerpunkt auf dem Vorhandensein typischer Verunreinigungen Bild: Indium FTIR-Analyse: Keine Hinweise auf Kontamination Bild: Indium nutzt. Zunächst wurde eine TGA durchgeführt, um die möglichen Restbestandteile zu analysieren, nachdem das Material die Zielverarbeitungstemperatur erreicht hatte. Das Haftmaterial wurde vollständig mit 0 Gew.-% verbraucht, nachdem es einer Temperatur von etwa 230 °C ausgesetzt worden war. Bei typischen Lötlegierungen für Leistungsmodulbaugruppen, einschließlich SAC, SnSb oder High-Pb, ist das Risiko einer Kontamination durch Rückstände während eines flussmittelfreien Lötprozesses gering, da die Verarbeitungstemperaturen für diese Legierungen im Allgemeinen viel höher sind als die von erfasste Kurve TGA. Verweise Um das Risiko einer Kontamination durch Rückstände weiter zu bewerten, wurde das Haftmaterial in Zusammenarbeit mit Zestron anhand einer typischen Analysesuite für die Sauberkeit von Elektronikbaugruppen bewertet. Der Umfang dieser Tests umfasste Oberflächenanalysen mit Ionenchromatographie, energiedispersiver Röntgenanalyse (EDX) und Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR)-Analyse, und es wurden Proben für eine Die-Attach-Anwendung mit Lötformteilen, Dies und DBCs erzeugt. Für einen grundlegenden Vergleich wurden Proben, die mit dem Klebematerial hergestellt wurden, mit Proben verglichen, die ohne Kle- [1] S. . Ning , H. Li, Y. Huang , Y. Kang , Review of Power Module Automatic Layout Optimization Methods in Electric Vehicle Applications , Chinesisches Journal für Elektrotechnik , Band 6, Ausgabe 3. September 2020. [2] W. Lin, Y. Lee , Study of Fluxless Soldering Using Ameisensäuredampf , IEEE Transactions on Advanced Packaging , Band 22, Ausgabe 4, November 1999. [3] R. Behera , Development of Fluxless Reflow Soldering Process for Reliable Attach of Dice for Space Applications, International Journal of Pure and Applied Mathematics , Band 118 , Nr. 16 , 2018, S. 1433–1444. [4] A. Hutzler, C. Oetzel, E. Friker , Improvement of Power Module System Lots by Directional Solidification, CIPS 2018 , 10th International Conference on Integrated Power Electronics Systems. bematerial unter dem gleichen Ameisensäure-Aufschmelzverfahren hergestellt wurden. Diese Proben wurden auch mit „nackten“ Montagekomponenten (vor dem Reflow) verglichen. Folgende Proben wurden analysiert: #1 – Blankes DBC, vor dem Reflow #2 – Blankes DBC, nur Reflow, kein Löten #3 – DBC mit Heftmaterial, kein Lot #4 – DBC mit Heftmaterial, gelötet #5 – DBC und Matrize mit Heftmaterial, gelötet Basierend auf der zusammenfassenden Tabelle lagen die Konzentrationen typischer Verunreinigungen für alle Proben innerhalb der Kontrollgrenzen und zeigten keine Kontamination. Außerdem gab es keinen signifikanten Unterschied in den mit den Klebematerialproben gemessenen Konzentrationen im Vergleich zu den Basislinienproben. Darüber hinaus zeigten die FTIR- und EDX-Analyse der Proben mit Haftmaterial auch konsistente Ergebnisse im Vergleich zu den Basislinienergebnissen. Lötleistung Abschließend wurde die Lötleistung in einer flussmittelfreien Reflow-Umgebung mit Vakuum und Ameisensäure charakterisiert. Um eine typische Leistungsmodulkonfiguration zu simulieren, wurde eine Sn95/Sb5-Legierung für die Lotformteile ausgewählt, die sowohl für die Die-Attach- als auch für die Substrat-Attach- Schnittstellen getestet wurden. Das Haftmaterial wurde dann gemäß den oben beschriebenen optimalen Auftragsparametern aufgebracht. 28 EPP » 09 | 2022

BAUGRUPPENFERTIGUNG « Bild: Indium Bild: Indium EDX-Analyse: Die Proben nach dem Reflow zeigten weniger Verunreinigungen als vor dem Reflow, FTIR- und EDX-Analyse der Proben mit Haftmaterial zeigten auch konsistente Ergebnisse Lötergebnisse: 1,0 % Voiding Die Bewertung bestand aus Benetzungs- und Ausscheidungsanalysen. Die Benetzungsproben zeigten eine gute gleichmäßige Abdeckung auf der Oberfläche und eine gute Kantendefinition, die mit einer hochwertigen Lötleistung übereinstimmt, die typisch für flussmittelfreie Leistungsmodulprozesse ist. Zusammen mit den positiven Benetzungsergebnissen war die Porenbildungsleistung von ungefähr 1 % über dem Lötschnittstellenbereich vergleichbar mit typischen Produktionsqualitätsergebnissen für Leistungsmodulbaugruppen. Reflow-Lötprofil, das verwendete Ameisensäure-Aufschmelzprofil wird zusammengefasst, einschließlich Temperatur-, Atmosphären- und Zeitdauerparametern Bild: Indium Schlussfolgerungen Das im Rahmen dieser Bemühungen analysierte werkzeugfreie Konzept mit einem neuartigen rückstandsfreien Haftmaterial hat sich als praktikable Alternative erwiesen, um die Verwendung von Befestigungs- und Ausrichtungsvorrichtungen bei der Herstellung von Leistungsmodulen zu vermeiden. Positive mechanische Eigenschaften mit Haftfestigkeit und Verarbeitungszeit demonstrieren die Fähigkeit, während der Herstellung eine präzise Ausrichtung des Vorformlings und der Baugruppe aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus machen das Fehlen von Rückständen und Temperaturverarbeitungseigenschaften dieses Material zu einer idealen Lösung für flussmittelfreie Reflow-Techniken, die bei der Herstellung von Leistungsmodulen verwendet werden. Die Ergebnisse zeigen, dass es keine Auswirkungen auf die Lötleistung oder -qualität gibt, wenn dieses Haftmaterial anstelle der Fixierung verwendet wird. Schließlich machen die Reduzierung des Befestigungsaufwands, der Materialkosten, der Prozesszeit und der Komplexität durch das werkzeuglose Montagekonzept dies zu einem vielversprechenden Ansatz zur Senkung der Gesamtbetriebskosten für Hersteller von Leistungsmodulen und bietet eine Möglichkeit, die Produktion leichter zu skalieren. Ausblick Derzeit laufen erste Tests, um das Haftmaterial für andere Anwendungen wie das Drucksintern von Silber zu nutzen. Der Vorteil des Anheftens ist in diesem Fall die Vermeidung der Hot-Die-Platzierung, die wie ein weiterer Erwärmungs-/Trocknungsschritt bei den Sinterprozessen ist. Die Ergebnisse dieser Tests werden ein Schwerpunkt zukünftiger Arbeiten sein. www.indium.com Danksagungen Die Autoren möchten mehrere Mitwirkende für dieses Projekt würdigen: • Stefan Strixner, Zestron • Olivier Matthieu, Rogers Corporation • Nico Kuhn, Rogers Corporation • David Hu Di, Indium Corporation • Evan Griffith, Indium Corporation • Dr. Hyoryoon Jo, Indium Corporation • Miloš Lazic, Indium Corporation • Karthik Vijayamadhavan, Indium Corporation • Graham Wilson, Indium Corporation EPP » 09 | 2022 29