Il potere di sinterizzazione d'argento
- Rilascio:2021-08-11
Oltre a ridurre la resistenza termica e l'aumento dell'affidabilità, la sinterizzazione in argento può anche essere applicata alle vecchie tecnologie basate sul silicio per i maggiori vantaggi del sistema.
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Ridurre al minimo la resistenza termica da un muore del semiconduttore di potenza alla sua custodia è sempre più importante. Poiché la tecnologia avanza con la conduzione sempre inferiore e le perdite dinamiche con muore più piccolo per le capacità inferiori per le capacità inferiori, la giunzione al differenziale della temperatura del caso sta diventando un limite a quanta potenza può essere elaborata dal semiconduttore senza superare i limiti di temperatura. I metodi avanzati per pressofusione che utilizzano la sinterizzazione d'argento sono un modo per affrontare il problema.
Limiti di morte e temperatura
Per evitare lo stress e il fallimento precoce eventuali muoiono semiconduttore ha un limite massimo di temperatura che non dovrebbe essere superato. Il valore tipico è di 175 ° C, ma questo è parzialmente impostato dal metodo e del materiale per pressofuoco e il materiale che, se a base di saldatura, potrebbe riflusso fino a 240 ° C e mostrare l'affaticamento a temperature più basse. Il valore innato della temperatura del substrato del dado può essere molto più alto. Ad esempio, il carburo di silicio (SIC), può sopportare più del doppio di questo valore come materiale senza indebitamente lo stress e il deterioramento delle prestazioni. La figura 1 mostra la costruzione e il percorso di calore per un tipico semiconduttore di potenza con piombo.
Per un semiconduttore di potenza confezionato, la resistenza termica totale dalla giunzione alla cassa (RθJ-C) è la somma delle singole resistenze dei materiali nel percorso termico e i produttori di dispositivi integrati lavorano per rendere questi valori come coerenti e il più bassi. Tradizionalmente, la superficie metallizzata posteriore del dado viene saldata su un friorame di rame, che viene quindi fissato meccanicamente a resistenze esterne o saldate a reflow a un substrato metallico isolato o un'ampia area PCB. I gradienti termici prodotti in questa disposizione sono mostrati nella figura 2 per un dispositivo D2Pak a sette piombo. La vista laterale della sezione a sezione (sinistra) mostra il sondaggio di temperatura in diversi punti sul dado superiore (TJ) (medio) e il sondaggio di temperatura in diversi punti in caso di custodia (TC), (mostrato a destra in figura 2).
La tabella 1 mostra i parametri del dispositivo in figura 2, con una giunzione totale risultante alla resistenza termica del caso di 0,756 ° C / W. La resistenza termica delle interfacce dipende non solo sullo spessore del materiale ma anche sul loro volume, poiché il calore si diffonde a tassi diversi in tutte le direzioni, a seconda della resistenza che incontra.
Alternativa di sinterizzazione d'argento.
Dalla tabella 1 è chiaro che il materiale di allegata in lega di saldatura è un elemento importante nel percorso termico, con la sua conduttività termica un terzo di quello del substrato del dado e circa un settimo del valore del leadframe di rame. La saldatura è poco costosa, facile da elaborare e relativamente affidabile, quindi è stata la soluzione predefinita per molti anni.
Tuttavia, con l'Avvento della SIC come substrato con la sua conduttività termica più di due volte meglio del silicio, l'effetto limitante della saldatura come materiale a morire è più pronunciato.
Un'alternativa alla saldatura è quella di utilizzare una pasta in polvere d'argento che è sinterizzata, cioè riscaldata in modo che il materiale va dalla polvere a forma solida senza una fase liquida, producendo un legame privo di vuoto e forte con conduttività elettrica e termica superiore. L'argento può essere applicato in un livello di incolla più sottile rispetto alla saldatura e come film sotto pressione per prestazioni ancora migliori. L'argento ha una conduttività termica almeno tre volte meglio delle tipiche leghe di saldatura utilizzate. La Tabella 2 mostra le prestazioni relative dei diversi campioni di sinterizzazione in argento e alcune leghe di saldatura standard.
Nelle applicazioni ad alta potenza con decine se non centinaia di watts vengono trasferiti da un dado a un dissipatore di calore, la più bassa resistenza termica della sinterizzazione d'argento riduce significativamente la temperatura della giunzione per una determinata temperatura ambiente. Questo potenzialmente consente il funzionamento a energia più elevata prima che i limiti di dieta vengano superati o a temperature ambientali più elevate per la stessa morte temperatura. Anche se questi benefici non vengono utilizzati, il semiconduttore avrà un margine di sicurezza migliorato alla sua massima temperatura di giunzione assoluta, causata dal punto di fusione molto più alto dell'argento, che aumenta l'affidabilità. La figura 3 mostra la differenza di prestazione tra saldatura e processi di sinterizzazione con quest'ultimo conseguendo una riduzione del 28% della resistenza termica.
Sinterizzazione in argento Non può essere una tecnica comune per il bilanciere del semiconduttore di potenza, ma è proprio con substrati SIC ad alte prestazioni. Aiuta a massimizzare le prestazioni termiche, il margine e la flessibilità della gestione del calore. I semiconduttori SIC tendono ad avere un'area muore più piccola rispetto ai dispositivi di silicio per massimizzare la resa da costosi wafer e sfruttare le condenze risultanti più basse per una maggiore velocità di commutazione. Ciò tenderebbe ad aumentare la resistenza termica dell'interfaccia, ma SIC Die può essere più sottile a causa della loro tensione di rottura critica elevata e, accoppiata con sinterizzazione d'argento, ciò si traduce in una resistenza termica dalla giunzione alla causa, che è almeno paragonabile ad altri semiconduttori di potenza Tecnologie materiali. L'effetto netto è un dispositivo che consente una maggiore velocità di commutazione con maggiore efficienza, conducendo a sua volta a un costo inferiore e ai prodotti finali più piccoli.
I vantaggi della sinterizzazione d'argento non sono così tagliati per dispositivi di potenza del silicio come IGBTS, che sono applicati in circuiti in cui la velocità di commutazione non è elevata, come il controllo del motore, ei vantaggi della SIC non sono stati così pronunciati. IGBTS comunque ha una grande area di fustellata con bassa resistenza termica con il frazione di leadframe, ma la resistenza complessiva a un ambiente ambientale attraverso pastiglie di trasferimento di calore isolate e sistema di riscaldamento del sistema possono essere elevati, dominando l'effetto sulla temperatura di giunzione operativa.
Forza d'argento
Sinterizzazione d'argento non può essere vista come un importante vantaggio oggi nei disegni basati su silicone e riservato solo per dispositivi SIC ampio-banda, ma ciò potrebbe cambiare in futuro. L'interfaccia della lega di saldatura verso il dado in qualsiasi punto di forza del semiconduttore è un punto debole e l'aumento dell'affidabilità della sinterizzazione in argento può avere un vantaggio significativo quando i costi totali del sistema, compresa la riparazione e la manutenzione, sono doliti in.
Anche con temperature una distanza di sicurezza dal massimo assoluto, il ciclismo termico ripetuto delle leghe di saldatura causa la degradazione in fuga del materiale nel tempo. Sinterizzazione d'argento è un legame più forte che non si fonde. Sublima su una temperatura che non sarebbe praticamente visuata bene dopo altri fallimenti relativi alla temperatura che si verifichino.
Inoltre, la tecnologia di calore sta migliorando, con raffreddamento liquido ora comune nelle applicazioni ad alte prestazioni, riducendo il caso alla resistenza termica ambientale a livelli inferiori. Ciò significa che la messa a fuoco tornava nuovamente al dispositivo a semiconduttore e alle prestazioni delle sue interfacce termiche interne.
Tutti i semiconduttori di potenza beneficeranno del processo di sinterizzazione d'argento in una certa misura, ma i guadagni sono più visibili negli ultimi semi-semiconduttori di GAP SIC ampio. Qui, la migliore conduttività termica consente la tecnologia SIC di raggiungere più vicino al suo potenziale massimo per una maggiore conversione di potenza di efficienza con alta affidabilità. UnitedsIC sta facendo standard di sinterizzazione d'argento su tutti i suoi prodotti SIC Power Semiconductor.
