Analiza zjawisk termokinetycznych w obszarze mikropołączeń laserowych

• Autorzy: Tomczyk M. , Pawlak R. , Kostrubiec F.
• Konferencja: V Konferencja Naukowa Postępy w Elektrotechnologii, Jamrozowa Polana, 8-10 września 2003 r.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Trwałość połączeń montażowych w przyrządach i układach elektronicznych w znacznym stopniu decyduje o niezawodności całego układu. Stąd wynika powszechna troska konstruktorów i technologów o jakość montażu. W przypadku elektronicznych przyrządów półprzewodnikowych największe problemy stwarzają przyrządy dużej mocy, w których pojawia się problem odprowadzenia dużych wartości prądu. Takim przyrządem jest tranzystor mocy IGBT. Tranzystor taki składa się zazwyczaj z kilku oddzielnych niezależnych struktur półprzewodnikowych, odizolowanych elektrycznie miedzy sobą. Zaawansowane technologie produkcji pozwalają na uzyskanie w przyrządach mocy prądów rzędu kiloamperów. Istotnym problemem w takim przypadku jest konieczność odprowadzenia na zewnątrz, poprzez pojedyncze połączenie montażowe prądu o wartości kilkudziesięciu amperów. Oprócz ogólnie znanych metod wytwarzania połączeń, jak; termokompresja, ultrakompresja, press-pack, flip-chip, czy bumping, powstają ciągle nowe propozycje zwiększające niezawodność połączenia, są to jednakże technologie skomplikowane i kosztowne. Ze względu na konstrukcję tranzystorów IGBT, można w nich stosować wyłącznie połączenia drutowe, Obecnie najczęściej stosowaną metodą wykonywania wyprowadzeń drutowych jest metoda ultrakompresj i, w których można stosować tylko druty aluminiowe. Większość uszkodzeń w obszarze wyprowadzenia związana jest z degradacją samego drutu doprowadzającego lub aluminiowej metalizacji. Bezpośrednimi przyczynami może być przekroczenie granicznych gęstości prądów, dopuszczalnych dla drutów aluminiowych (35kA/cm2) lub uszkodzenia powodowane wyłącznie wadami struktury materiału [1], [2]. Takie defekty, jak oderwanie od metalizacji (bond wire lift off), pęknięcie pięty połączenia (heel cracking), korozja czy kruche pęknięcia, powstają na skutek złej optymalizacji procesu ultrakompresji bądź zmęczenia materiału. Duże wahania temperatur i relaksacja termonaprężeń podczas są przyczyną takich uszkodzeń, zwłaszcza wtedy, przy braku dopasowania współczynników rozszerzalności termicznej między elementami wyprowadzenia. Prawdopodobieństwo powstania uszkodzenia zwiększa się wraz ze wzrostem liczby struktur półprzewodnikowych w module tranzystora [3], [4].

EN

In the article, a laser technology of making Leeds of semi-conductor devoces In discussed. The use of the method described aims at increasing the reability of these bonds, and consequently, improving the reliability of the whole power element. The results of the numerical analysis of a heat conduction process and the temperature distribution in a single bond of a model semi-conductor are presented. The above simulation was performed using an femlab pack.

Słowa kluczowe

PL

mikropołaczenia laserowe; konstrukcja technologiczna; symulacja procesów cieplnych

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Instytutu Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii Politechniki Wrocławskiej. Konferencje
• Rocznik: 2003
• Tom: Vol. 38, nr 13
• Strony: 293--298
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Tomczyk M.

• Instytut Elektrotechniki Teoretycznej, Metrologii i Materiałoznawstwa Politechniki Łódzkiej

autor

Pawlak R.

• Instytut Elektrotechniki Teoretycznej, Metrologii i Materiałoznawstwa Politechniki Łódzkiej

autor

Kostrubiec F.

• Instytut Elektrotechniki Teoretycznej, Metrologii i Materiałoznawstwa Politechniki Łódzkiej

Bibliografia

• [1] HAMIDI A., COQUERY G, "Effects of current density and chip temperature distribution on lifetime of high power IGBT modules in traction working conditions" Microelectronics. Reliability Vol. 37, No. 100/11. pp. 755-1758, 1997.
• [2] BOURSAT B., BREIT F., MERMET-GUYENNET M., Improved power chip electrical connection,
• [3] FRANKHZAD B., TURKES P., WOLFGAND E., GOSER K., "Reliability indicators for lift-off of bondwires in IGBT power-modules", ESREF'96, Enschede 8-11 X 1996,pp. 1863-1866.
• [4] CIAPPA M., "Selected failure mechanisms of modern power modules". Microelectronics Reliability Vol. 42, pp 653-667,2002.
• [5] KOSTRUBIEC F., LISIK Z., PAWLAK R., JAKUBOWSKA K., KORBICKI A.: New laser technology for wire bonding in power devices, Microelectronics Journal, vol. 32, (2001), pp. 543-546.
• [6] Nowa metoda laserowa wytwarzania mikropołączeń w przyrządach półprzewodnikowych mocy Grant KBN 810/T11/97
• [7] JANICKI M., NAPIERALSKI A., Modelling electronic circuit radiation cooling using analytical thermal model, Microelectronics Journal 31 (2000) 781-785.
• [8] JANICKI M., KAWKA P., DE MEY G., NAPIERALSKI A., IGBT hybrid module thermal measurments and simulations.