La palabra fluencia no es algo que un ingeniero quiera oír cuando diseña un TIM metálico en su pila de diodos láser. Pero, ¿es realmente la fluencia un problema y entendemos realmente la fluencia cuando hablamos del indio? La respuesta es relativa. Adjunto encontrará un diagrama de apilamiento de una pila de diodos típica. Puede tratarse de una aplicación láser o LED. La capa de unión a la matriz suele ser una soldadura a alta temperatura o un epoxi relleno de plata. ¿Puede utilizarse indio a este nivel? La respuesta es sí, si y sólo si la temperatura de la unión está lejos del punto de fusión del indio puro, que es de 156C. Las soldaduras blandas son eso, blandas, y en la unión de matrices algunos clientes han utilizado el indio a este nivel, pero no es tan común como otras soldaduras de mayor temperatura como AuSn, aleaciones Sac o SnAg. Los epoxis rellenos de plata son cada vez mejores, pero existen algunos problemas con su conductividad y su proceso. Cuando se utiliza una soldadura como fijador de la matriz, la propia matriz puede flotar o moverse durante el reflujo. En este caso, se puede utilizar algún tipo de mecanismo para mantenerlo en su sitio durante el reflujo y garantizar que su alineación sea perfecta. Así que, para responder a la pregunta, la soldadura puede utilizarse como fijación de la matriz en esta aplicación, pero la aleación elegida determinará realmente su eficacia y fiabilidad.
En el caso de TIM2 (material de interfaz térmica de nivel 2), hay que tener en cuenta algunas consideraciones más. Supongamos en primer lugar que vamos a refluir a este nivel. El cobre en el nivel del disipador térmico no será un problema, pero el níquel en el nivel del disipador sí lo será. El aluminio también será un problema aquí. El problema es que estos materiales son difíciles de soldar, pero se puede hacer. Se puede utilizar un fundente de alta actividad como Indiums RSA o Flux número 3 para romper la capa de óxido que estará presente. Sin embargo, una capa de oro en la superficie ayudará a asegurar que la soldadura sea efectiva. Indium recomienda no sobrepasar las 50 micropulgadas de oro, y recomienda que cuanto más fino mejor, normalmente 10 micropulgadas serán suficientes. El elemento indio disolverá el oro o, de otro modo, el oro se difundirá en el indio. Durante la soldadura se formará una capa intermetálica de indio y oro. Se trata de una capa quebradiza y, si se utiliza demasiado oro, puede provocar problemas de fiabilidad y grietas en la unión. Volvamos a nuestra pregunta original: ¿por qué utilizar el indio aquí y si se puede utilizar aquí? Esta es la zona más común en la que la fluencia del indio puede ser un problema. Sin embargo, la fluencia puede ser aceptable. El indio no se desliza hasta el punto de salirse como una bomba o como un juguete. El grado de fluencia está relacionado con la presión a la que se somete, es decir, el movimiento CTE o la presión directa de la sujeción, así como la temperatura a la que se encuentra la interfaz. Si la temperatura de la unión es inferior a 20 grados del punto de fusión y se permite cierto movimiento, como en una aplicación LED, es aceptable. Sin embargo, en una aplicación láser, Indium Corporation suele aconsejar que no se utilice indio puro a este nivel, sino una aleación como plata de indio o plata de estaño. Cuanta más plata se añada a la aleación, más duro será el material. Tenga en cuenta lo siguiente. El indio puro tiene una conductividad de 86W/mk, mp=156C eutéctico y una resistencia al estañado de 273 psi. Si se añade un 3% de plata, el PM pasa a 143C eutéctico, la conductividad baja a 73, pero la resistencia de la malla sube a 800 psi. Mejor aún, añada un 10% de plata y el MP pasa de 143 a 237, la conductividad baja a 67 pero la tensil sube a 1650 psi. Consideremos también el SnAg, que tiene un punto de fusión de 221C, una conductividad de 33W/mk y una resistencia a la tracción de 5800 psi. ¿Cuál es el mejor para su aplicación? La respuesta está en lo que usted considere aceptable: si el CET es un problema, utilice menos plata; si la temperatura es un problema, no utilice indio; si la conductividad es un problema, utilice más indio.
Al considerar un metal comprimible en el nivel TIM2, la cuestión que se plantea ahora es cuánta presión se tiene, la temperatura de la unión y la planitud de la superficie. Obviamente, con una interfaz comprimible ya no se necesita oro, y no habrá problemas con el indio en contacto directo con el níquel. Sin embargo, el cobre y el indio pueden formar un intermetálico con el tiempo, aunque la capa de óxido del cobre suele evitarlo. De hecho, en nuestro laboratorio térmico sólo vimos que esto ocurriera cuando horneamos los módulos durante más de 1000 horas a 125C+. Incluso entonces el fenómeno fue nominal. Si usted no cree que va a volver a trabajar la interfaz de 4-5 años después de su construcción yo diría que esto no será un problema, en realidad va a mejorar el rendimiento térmico y la fiabilidad. El retrabajo dentro de 1-2 años no será un problema. Muchos de nuestros clientes ya utilizan indio en este nivel como una interfaz compresible, pero pocos son conscientes de que en realidad puede mejorar el rendimiento si se convierten a un Heat-Spring ™. El Heat-Spring es un proceso patentado que nos permite disminuir la resistencia de contacto del metal si la presión es de al menos 50 psi. Esto permite que el apilamiento de utilizar un espesor de línea de unión más delgada y mejorar el rendimiento térmico de la Interfaz Térmica de Metal. ¿Qué ocurre con la fluencia en esta interfaz? Una vez más, la modificación de la aleación puede eliminar la posibilidad de que esto ocurra, pero la conversión de una lámina plana de indio estándar a un muelle térmico reducirá aún más estas posibilidades, ya que la línea de unión suele ser significativamente menor si se utiliza un muelle térmico. (En promedio alrededor de .003").
En resumen, las cosas que hay que tener en cuenta cuando se utiliza una interfaz térmica metálica o una soldadura Die Attach son las siguientes:
- ¿Cuál es la temperatura de trabajo de la interfaz?
- ¿Está esta temperatura demasiado cerca del punto de fusión de la interfaz térmica metálica?
- ¿Puede el dispositivo soportar la temperatura de reflujo de una soldadura de mayor temperatura, como Oro Estaño o Estaño Plata
- ¿Es el rendimiento térmico de la interfaz un problema, de modo que si se cambia la conductividad de la interfaz térmica metálica disminuyendo el contenido de indio, se perjudica la conductividad de toda la pila? Por ejemplo, pasar de 86w/mK a 67w/mK.
- ¿Es realmente un problema la fluencia? Si su dispositivo puede aceptar un pequeño grado de movimiento, no hay ningún problema en utilizar indio. Si el problema es mínimo, sugiera una aleación de indio y no indio puro.
En definitiva, Indium Corporation está aquí para ayudarle. Consulte nuestro sitio web para obtener información adicional, incluida nuestra lista electrónica de aleaciones para ayudarle a elegir el mejor material de interfaz térmica metálica.
