Từ Creep không phải là thứ mà một kỹ sư muốn nghe khi thiết kế một TIM kim loại vào Laser Diode Stack up của họ. Nhưng creep có thực sự là một vấn đề không, và chúng ta có thực sự hiểu creep khi nói về indium không? Câu trả lời là tương đối. Bạn sẽ tìm thấy sơ đồ xếp chồng mà tôi đã tạo của một ngăn xếp Diode thông thường trong tệp đính kèm. Đây có thể là ứng dụng laser hoặc ứng dụng LED . Lớp Die Attach thường là chất hàn nhiệt độ cao hoặc epoxy chứa bạc. Indium có thể được sử dụng ở mức này không? Câu trả lời là có, nếu và chỉ khi nhiệt độ của mối nối cách xa điểm nóng chảy của indium nguyên chất, tức là 156 độ C. Chất hàn mềm chỉ là như vậy, chúng mềm và trong quá trình gắn die, một số khách hàng đã sử dụng indium ở mức này, nhưng nó không phổ biến bằng các chất hàn nhiệt độ cao khác như AuSn, hợp kim Sac hoặc SnAg. Epoxy chứa bạc thực sự ngày càng tốt hơn nhưng có một số vấn đề về độ dẫn điện và quy trình của chúng. Khi sử dụng chất hàn làm chất gắn die, bản thân die có thể nổi hoặc di chuyển trong quá trình nấu chảy lại. Trong trường hợp này, một số loại cơ chế có thể được sử dụng để giữ nó tại chỗ trong quá trình nấu chảy để đảm bảo sự căn chỉnh của nó là hoàn hảo. Vì vậy, để trả lời câu hỏi, hàn có thể được sử dụng làm vật gắn khuôn trong ứng dụng này, nhưng hợp kim được chọn sẽ thực sự quyết định hiệu quả và độ tin cậy của nó.
Trong trường hợp TIM2 (vật liệu giao diện nhiệt cấp 2), có một vài cân nhắc khác ở đây. Trước tiên, hãy giả sử rằng chúng ta sẽ nấu chảy lại ở cấp độ này. Đồng ở cấp độ tản nhiệt sẽ không phải là vấn đề, nhưng Niken ở cấp độ tản nhiệt/bồn chứa sẽ là vấn đề. Nhôm cũng sẽ là vấn đề ở đây. Vấn đề là những vật liệu này khó hàn, nhưng có thể hàn được. Có thể sử dụng thông lượng hoạt động cao như RSA của Indium hoặc Thông lượng số 3 để phá vỡ lớp oxit sẽ có. Tuy nhiên, một lớp vàng trên bề mặt sẽ giúp đảm bảo hàn sẽ hiệu quả. Indium khuyến cáo không nên vượt quá 50 micro inch vàng và khuyến cáo càng mỏng càng tốt, thường là 10 micro inch sẽ làm được. Nguyên tố Indium thực sự sẽ hòa tan vàng hoặc biết rằng vàng sẽ khuếch tán vào indium. Trong quá trình hàn, kim loại liên hợp Indium/Vàng sẽ hình thành. Đây là một lớp giòn và nếu sử dụng quá nhiều vàng có thể gây ra các vấn đề về độ tin cậy và nứt mối nối. Quay trở lại câu hỏi ban đầu của chúng ta; tại sao bạn lại sử dụng indium ở đây và bạn có thể sử dụng indium ở đây không? Đây là khu vực phổ biến nhất mà hiện tượng rão của indium có thể là một vấn đề. Tuy nhiên, hiện tượng rão có thể chấp nhận được. Indium sẽ không rão đến mức nó sẽ chảy ra như bơm ra hoặc như play-doe. Mức độ rão liên quan đến áp suất tác động lên nó, tức là: chuyển động CTE hoặc áp suất trực tiếp từ kẹp, cũng như nhiệt độ mà giao diện nhìn thấy. Nếu nhiệt độ mối nối thấp hơn 20 độ so với điểm nóng chảy và một số chuyển động được phép, chẳng hạn như trong ứng dụng LED , thì điều này là chấp nhận được. Tuy nhiên, trong ứng dụng laser, Indium Corporation thường khuyên rằng chúng ta không nên sử dụng indium nguyên chất ở mức này và thay vào đó hãy chọn một hợp kim như Indium Silver hoặc Tin Silver. Bạn càng thêm nhiều Bạc vào hợp kim thì vật liệu sẽ càng cứng. Hãy cân nhắc điều này. Indium nguyên chất có độ dẫn điện là 86W/mk, mp=156C Eutectic và cường độ kim tuyến là 273 psi. Thêm 3% bạc và MP sẽ đạt 143C Eutectic, độ dẫn điện giảm xuống 73 nhưng kim tuyến tăng lên 800 psi. Tốt hơn nữa, thêm 10% bạc và MP bây giờ là nhựa từ 143 đến 237, độ dẫn điện giảm xuống 67 nhưng độ căng tăng lên 1650 psi. Sau đó, hãy xem xét SnAg có điểm nóng chảy là 221C, độ dẫn điện là 33W/mk và độ căng là 5800 psi. Loại nào là tốt nhất cho ứng dụng của bạn? Câu trả lời nằm ở những gì bạn có thể chấp nhận được, nếu CTE là vấn đề thì hãy sử dụng ít bạc hơn, nếu nhiệt độ là vấn đề thì hãy xem xét không có indi, nếu độ dẫn điện là vấn đề thì hãy xem xét indi cao.
Khi xem xét kim loại nén ở cấp độ TIM2, vấn đề hiện tại là bạn có bao nhiêu áp suất, nhiệt độ của mối nối và độ phẳng của bề mặt. Rõ ràng là với giao diện nén, bạn không còn cần vàng nữa và sẽ không có vấn đề gì với indium tiếp xúc trực tiếp với niken. Tuy nhiên, đồng và indium có thể tạo thành kim loại liên kết theo thời gian; tuy nhiên lớp oxit trên đồng thường ngăn chặn điều này xảy ra. Trên thực tế, trong phòng thí nghiệm nhiệt của chúng tôi, chúng tôi chỉ thấy điều này xảy ra khi chúng tôi thực sự nung các mô-đun trong hơn 1000 giờ ở nhiệt độ 125 độ C trở lên. Ngay cả khi đó, hiện tượng này cũng chỉ là bình thường. Nếu bạn không tin rằng bạn sẽ làm lại giao diện sau 4-5 năm kể từ khi xây dựng, tôi sẽ nói rằng điều này sẽ không thành vấn đề, thực tế là nó sẽ cải thiện hiệu suất nhiệt và độ tin cậy. Làm lại trong vòng 1-2 năm sẽ không thành vấn đề. Nhiều khách hàng của chúng tôi đã sử dụng indium ở cấp độ này làm giao diện nén nhưng ít người biết rằng họ thực sự có thể cải thiện hiệu suất nếu chuyển sang Heat-Spring ™. Heat-Spring là một quy trình được cấp bằng sáng chế cho phép chúng tôi giảm điện trở tiếp xúc của kim loại nếu áp suất ít nhất là 50 psi. Điều này cho phép chồng lên nhau sử dụng độ dày đường liên kết mỏng hơn và cải thiện hiệu suất nhiệt của Giao diện nhiệt kim loại. Vậy thì hiện tượng biến dạng tại giao diện này thì sao? Một lần nữa, việc thay đổi hợp kim có thể loại bỏ khả năng xảy ra hiện tượng này, nhưng việc chuyển đổi từ lá mỏng indium tiêu chuẩn sang Heat-Spring sẽ làm giảm thêm những khả năng này vì đường liên kết của bạn thường nhỏ hơn đáng kể nếu bạn sử dụng Heat-Spring. (Trung bình khoảng .003").
Tóm lại, những điều cần cân nhắc khi sử dụng Giao diện nhiệt kim loại hoặc Hàn gắn khuôn như sau:
• Nhiệt độ làm việc của giao diện là bao nhiêu?
• Nhiệt độ này có quá gần với điểm nóng chảy của Giao diện nhiệt kim loại không?
• Thiết bị có thể xử lý được nhiệt độ nóng chảy của mối hàn có nhiệt độ cao hơn như thiếc vàng hoặc thiếc bạc không?
• Hiệu suất nhiệt của giao diện có phải là vấn đề không, nếu bạn thay đổi độ dẫn điện của giao diện nhiệt kim loại bằng cách giảm hàm lượng indi, bạn sẽ làm giảm độ dẫn điện của toàn bộ khối? Ví dụ, tăng từ 86w/mK lên 67w/mK.
• Độ biến dạng có thực sự là vấn đề không? Nếu thiết bị của bạn có thể chấp nhận một mức độ chuyển động nhỏ thì không có vấn đề gì khi sử dụng indium. Nếu ngay cả một vấn đề nhỏ cũng gây ra vấn đề, hãy đề xuất Hợp kim Indium chứ không phải indium nguyên chất.
Cuối cùng, Indium Corporation ở đây để giúp bạn. Vui lòng xem trang web của chúng tôi để biết thêm thông tin bao gồm danh sách hợp kim điện tử của chúng tôi để giúp bạn chọn Vật liệu giao diện nhiệt kim loại tốt nhất.
