Questa settimana un cliente cinese ha posto una domanda interessante sulla resistività di volume delle saldature. Il mio amico Eric Bastow ha suggerito a Indium di renderla disponibile a tutti attraverso un post sul blog.
Gli ingegneri dei semiconduttori di potenza sanno bene che una cifra di merito fondamentale per un dispositivo a basso consumo è la RDSON (la resistenza sorgente-drain nello stato "on", o forward-biased). Poiché questa resistenza si traduce semplicemente in perdite di energia (Joule-Thompson) sotto forma di calore, quanto più bassa è la RDSON, tanto meglio è. La maggior parte dei dispositivi ha un RDSON che deve bilanciare i limiti pragmatici del costo, della progettazione elettrica del sistema e del DFM. Questo RDSON deve anche essere stabile per tutta la durata di vita prevista del componente, cosa che sta diventando sempre più preoccupante per le saldature ad alto contenuto di piombo (high-Pb) a temperature di giunzione prossime ai 200°C.
Per i dispositivi con legatura a clip, con l'eliminazione dei legami a filo, la matrice stessa sta diventando la principale responsabile della resistenza complessiva del componente. Questo fa sì che la matrice sia sempre più sottile, spesso con risultati insoliti come l'aumento del voiding dovuto alla flessione della matrice (+) che intrappola i volatili del flusso e l'aumento delle preoccupazioni per le perdite di corrente dovute alle particelle alfa.
Ora l'attenzione si rivolge al giunto di saldatura, che contribuisce in modo determinante all'RDSON totale. Quindi, come si fa a stimare questo dato per ogni giunto di saldatura? Innanzitutto, le basi. Ricordiamo che:
Conduttività = (1 / Resistività)
Indium Corporation dispone di molti dati sulle leghe di saldatura, tra cui una misura della conduttività della lega in percentuale rispetto allo standard IACS di 1/1,72microOhm.cm, che è quindi una misura volumetrica inversa della resistività. Come fa a essere volumetrica? Vi mostro come funziona, usando l'esempio di un giunto di saldatura con attacco a stampo, in cui la corrente scorre sull'asse z e il cliente è preoccupato di sapere quale contributo alla RDSON proviene da questo giunto di saldatura.
Utilizzando la saldatura Indalloy 151 (92,5Pb/5Sn/2,5Ag), la conducibilità elettrica è pari all'8,6% di (1/1,72micro.Ohm.cm), ovvero 0,086/1,72microOhm.cm, o una resistività di 20microOhm.cm. Utilizzando questo valore, è possibile calcolare facilmente la resistenza sull'asse z (Rz):
Rz = 20microOhm.cm * (z / x.y)
Quindi, per un giunto di saldatura di 50 micron di spessore e 2 mm x 2 mm, la resistenza è di 2,5 microOhm. E, per un RDSON con limite consentito di 2mOhm, ciò equivale solo allo 0,125% del limite.
Si noti che un'applicazione con fissaggio a clip può utilizzare tre o più strati di saldatura (LF-Die / Die-clip / clip-LF e così via), quindi il contributo alla RDSON (semplice somma delle resistenze) potrebbe non essere trascurabile.
Come sempre, commenti e correzioni sono molto apprezzati.
Salute! Andy
