Khả năng hàn và làm ướt
Quá trình thấm ướt và lan tỏa của chất hàn trên bề mặt là yếu tố thiết yếu để tạo ra mối hàn chắc chắn, đáng tin cậy và dẫn điện tốt. Thuật ngữ “khả năng hàn” dùng để chỉ mức độ nhanh chóng và đồng đều mà chất hàn lan tỏa trên bề mặt; các mối hàn chắc chắn, ít lỗ rỗng luôn là kết quả của quá trình thấm ướt tốt. Đây cũng là một thuật ngữ khá rộng vì nó kết hợp các yếu tố từ cả động học và nhiệt động lực học. Động lực chính cho khả năng hàn tốt là nhiệt động lực học: năng lượng tự do âm của quá trình hình thành hợp chất kim loại khi chất hàn lỏng tiếp xúc với bề mặt kim loại rắn, tạo điều kiện thuận lợi cho sự tiếp xúc giữa kim loại lỏng với bề mặt kim loại.
Chỉ đơn giản thế thôi.
Lớp phủ bảo vệ khả năng hàn
Có những yếu tố khác làm mọi thứ phức tạp hơn, chẳng hạn như lớp phủ bảo vệ. Chúng có hai dạng:
Các vật liệu hữu cơ dễ bay hơi, chẳng hạn như OSP (chất bảo vệ khả năng hàn hữu cơ), thường được hấp phụ hóa học lên bề mặt (thường là đồng) để làm chậm tốc độ oxy hóa của kim loại bên dưới, nhưng lại được thiết kế để có thể dễ dàng loại bỏ trong quá trình nung lại nhờ sự kết hợp giữa quá trình bay hơi và hòa tan trong chất trợ hàn.
Các lớp kim loại hy sinh (SML) sẽ nhanh chóng hòa tan vào chất hàn lỏng sau khi hoàn thành nhiệm vụ bảo vệ bề mặt kim loại bên dưới khỏi quá trình oxy hóa. Ví dụ như Ag/Ni và ENIG (Au/Ni): trong mỗi trường hợp, niken được giữ không bị oxy hóa nhờ lớp kim loại bảo vệ có khả năng hòa tan trong hàn. Nếu lớp SML quá mỏng hoặc có lỗ nhỏ trên bề mặt, niken sẽ bị oxy hóa; ngược lại, nếu lớp quá dày, các hợp chất kim loại giữa SML và hàn có thể hình thành, gây cản trở cả khả năng hòa tan của SML lẫn tốc độ thấm ướt của hàn.
Làm mất hiệu lực
We know that goodsolderability (with its corollary:low voiding), is critical to power device manufacturers, with die-attach voiding criteria commonly set for discrete devices at 5% (single void) <10% (total), while IGBT voiding restrictions may go from <2% all the way down to <0.5%. In each case, the %voiding is an area percentage of the total solder joint area.
Quá trình hàn lại trong môi trường nitơ (với nồng độ oxy thấp, tính bằng ppm) là yếu tố then chốt trong hàn nhiệt độ cao; tất nhiên, việc sử dụng khí tạo hình (H₂/N₂) đôi khi mang lại lợi ích cho một số bề mặt như niken và đồng. Đối với các chip có diện tích lớn (10x10mm trở lên) cần giảm thiểu tối đa hiện tượng rỗng, quá trình hàn lại trong môi trường chân không thường là không thể thiếu.
Chọn một Leadframe
Gần đây, chúng tôi đã hợp tác với một số khách hàng trong việc sử dụng cả loại bột hàn chì tiêu chuẩn (chứa Pb) lẫn công nghệ bột hàn không chì HT mới của chúng tôi, BiAgX(®), điều này đòi hỏi phải thực hiện các thay đổi trên bề mặt khung chì. Trong trường hợp này, các khách hàng đang chuyển từ phương pháp mạ kim loại quý trên đồng sang đồng “trần”, giúp tiết kiệm chi phí đồng thời tạo điều kiện cho việc chuyển đổi sang sử dụng chất hàn gắn chip không chứa chì.
Dưới đây là hướng dẫn dành cho người sử dụng chất bán dẫn công suất trong việc lựa chọn khung dẫn hoặc lớp hoàn thiện DBC phù hợp.
Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp của tôi là Karthik Vijayamadhavan (Châu Âu), Sehar Samiappan và SzePei Lim (Đông Nam Á), David Hu (Hu Di) (Trung Quốc) và Tiến sĩ Hongwen Zhang (Hoa Kỳ) vì những ý kiến đóng góp và góp ý quý báu của họ.
