Категория: Russia

Гибкие технологические решения для монтажа компонентов в области современной силовой электроники

В области силовой и радиочастотной электроники постоянно возрастают требования к электронным компонентам, прежде всего это касается БТИЗ, ТВПЭ и мощных лазеров.

Наиболее распространенные полупроводниковые материалы (такие как кремний, арсенид галлия) для высокопроизводительных приложений исчерпывают себя всё больше и больше, поэтому в этой отрасли все более весомая роль возлагается на новые материалы, такие как нитрид галлия (GaN), карбид кремния (SiC), сапфир или кремний.

Спектр применения нитрида галлия достаточно широк: биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ) в отрасли силовой электроники, беспроводные технологии связи (транзисторы с высокой подвижностью электронов ТВПЭ) или микроволновые интегральные системы (МИС) в отрасли высокочастотной электроники. Кроме того, нитрид галлия активно применяется в военной и космической отрасли благодаря своим превосходным электрическим свойствам и устойчивости к нагреву и радиации.

Технологии монтажа для различных областей применения

В зависимости от специфики применения, изделия силовой электроники должны разрабатываться с учётом последующего воздействия на них различных нагрузок. Таким образом, во время монтажа компонентов важно обеспечить надёжное термическое, электрическое и механическое соединение. При этом выбор подходящей технологии монтажа зависит от класса мощности компонентов. Для передачи больших потоков мощности без особых потерь в соединениях должны использоваться материалы с высокой электро- и теплопроводностью, такие как золото, серебро или медь.

Для компонентов малой и средней мощности наиболее подходящей технологией монтажа является монтаж на токопроводящие адгезивы, особенно это касается компонентов с неметализированной контактной зоной (например, нитрид галлия). Эпоксидные адгезивы с серебряным наполнением наносятся через дозатор, путём штемпелевания или путём непосредственного погружения компонента в адгезив, после чего происходит процесс отверждения, образуется надёжное соединение.

Фактическим стандартом для монтажа компонентов силовой электроники среднего и высокого класса мощности является эвтектическая пайка, в основном с применением припоя на базе сплава золото-олово. Такие припои обладают особой прочностью и хорошо подходят для сборки изделий электроники, к которым предъявляются повышенные требования, что важно в автомобильной и аэрокосмической сферах, в медицине, оборонной промышленности, а также во многих приложениях «на открытом воздухе».

Для изделий, работающих в условиях высоких температур, наиболее подходящим методом монтажа является спекание. Ранее для монтажа компонентов таких изделий, как правило, использовалась дорогостоящая серебряная паста, но в последнее время используется диффузионная пайка с применением наночастиц и специальной фольги.  Добавление наночастиц серебра в припой позволяют снизить температуру плавления припоя при сборке изделия  при этом повысив термоустойчивость полученного соединения в процессе его эксплуатации. Серебросодержащая фольга (рис. 2) обеспечивает равномерное соединение по всей длине без существенных пустот и, благодаря «сухой» основе процесса, хорошо подходит для монтажа оптических компонентов, например, таких как мощные лазеры.

Кроме этого, в последнее время всё чаще начинают использовать пасты с медными наночастицами, которые экономически более выгодны по сравнению с серебросодержащими пастами и уже являются частью КМОП технологии.


Эффективные методы снижения образования пустот и окислов

Главной задачей всех технологий монтажа является предотвращение возникновения пустот в паяном соединении, загрязнений и окислений для обеспечения прочных и долгосрочных соединений с хорошей электро- и теплопроводностью. Для решения этой задачи компания Finetech разработала ряд специальных модульных решений.

При работе со сплавом золото-олово необходимо использовать защитный газ для избежания окислительных процессов. Использование такого газа позволяет проводить бесфлюсовую пайку и сводит к минимуму риск загрязнения, что особенно важно для монтажа оптических компонентов, например, таких как мощные лазеры. Нагреваемые рабочие столики установок компании Finetech обладают возможностью подключения инертного газа, форминг-газа и азота, насыщенного парами муравьиной кислоты (в сочетании с модулем муравьиной кислоты) для подачи защитной среды в область пайки в процессе монтажа.

Альтернативный метод проведения бесфлюсовой пайки, обеспечивающий получение надежных соединений без пустот,  - это пайка в вакууме. Компания Finetech разработала встраиваемый модуль вакуумной камеры для работы на монтажной установке в условиях как низкого, так и высокого вакуума. Использование такой камеры позволяет проводить высокоточное совмещение, прижим и вакуумную пайку компонента в одном цикле на одной установке. Благодаря использованию вакуума получаемые соединения практически не имеют пустот, что немаловажно для процессов спекания.

Кроме того, установки FINEPLACER®  могут быть оснащены модулем «притирки». Использование этого модуля в процессе эвтектической пайки позволяет механически счистить оксидные плёнки на контактных поверхностях, уменьшает количество пустот, улучшает смачиваемость соединяемых поверхностей и облегчает прецизионное выравнивание компонентов. При этом метод «притирки» не влияет на точность монтажа компонентов.


Монтажные установки Finetech для всех видов технологий

Ручные и автоматические монтажные установки FINEPLACER® компании Finetech, разработанные как для научных лабораторий, так и для производства, предоставляют необходимую гибкость для всех видов монтажа в сфере силовой электроники. В случае появления новых технологий, они могут быть с лёгкостью интегрированы в систему FINEPLACER® благодаря открытой архитектуре и модульности самой платформы, что делает монтажные установки FINEPLACER® надёжным инвестиционным вложением в будущее.

На монтажной установке FINEPLACER® все параметры (такие как температура, усилие прижима, время или расход газа) управляются при помощи интегрированного программного обеспечения, позволяющего динамически вносить изменения  в ходе процесса. Разработанные процессы могут быть в дальнейшем использованы и на других установках как в лаборатории, так и в производственной среде.


Spinner