Esta semana, um cliente chinês de die-attach fez uma pergunta interessante sobre a resistividade volumétrica da solda. O meu amigo, Eric Bastow, sugeriu que a Indium disponibilizasse esta informação a todos através de uma publicação num blogue.
Os engenheiros de semicondutores de potência compreendem bem que uma figura de mérito fundamental para um dispositivo de baixo consumo de energia é a RDSON (a resistência fonte-dreno no estado "ligado", ou com polarização direta). Uma vez que esta resistência resulta apenas em perdas de energia (Joule-Thompson) sob a forma de calor, quanto mais baixo for o RDSON, melhor. A maioria dos dispositivos tem um RDSON que deve equilibrar as limitações pragmáticas de custo, design elétrico do sistema e DFM. Este RDSON alvo deve também ser estável ao longo da vida útil projectada da peça; algo que está a tornar-se cada vez mais preocupante para as soldas com elevado teor de chumbo (elevado teor de Pb) a temperaturas de junção próximas dos 200°C.
Para os dispositivos com ligação por clipe, com a eliminação das ligações por fio, a própria matriz está a tornar-se o maior contribuinte para a resistência global do componente. Isto leva a que a matriz seja cada vez mais fina, muitas vezes com resultados invulgares, tais como o aumento de vazios devido ao facto de a dobragem da matriz (+) prender voláteis de fluxo e preocupações crescentes sobre a fuga de corrente devido a partículas alfa.
Agora a atenção está a voltar-se para a junta de solda como um dos principais contribuintes para o RDSON total. Então, como é que estimamos este valor para cada junta de soldadura? Em primeiro lugar, o básico. Lembre-se disso:
Condutividade = (1 / Resistividade)
A Indium Corporation possui muitos dados sobre ligas de solda, incluindo uma medida da condutividade da liga em massa como uma porcentagem do padrão IACS de 1 / 1.72microOhm.cm, que é, portanto, uma medida volumétrica inversa de resistividade. Como é que é volumétrica? Deixe-me mostrar-lhe como isto funciona, usando o exemplo de uma junta de solda de fixação de matriz, onde a corrente está a fluir no eixo z e o cliente está preocupado com a contribuição para o RDSON proveniente desta junta de solda.
Utilizando a solda Indalloy 151 (92.5Pb/5Sn/2.5Ag), a condutividade eléctrica é 8.6% de (1/1.72micro.Ohm.cm), ou 0.086/1.72microOhm.cm, ou uma resistividade de 20microOhm.cm. Utilizando este valor, a resistência no eixo z (Rz) pode ser facilmente calculada:
Rz = 20microOhm.cm * (z / x.y)
Assim, para uma junta de solda com 50 microns de espessura e 2mm x 2mm, a resistência é de 2,5microOhms. E, para um RDSON de limite permitido de 2mOhm, isso equivale a apenas 0,125% do limite.
Note-se que uma aplicação de ligação por clipes pode utilizar três ou mais camadas de solda (LF-Die / Die-clip / clip-LF e assim por diante), pelo que a contribuição para o RDSON (soma simples das resistências) pode não ser negligenciável.
Como sempre, os comentários e as correcções são muito apreciados.
Saúde! Andy
