Mikropołączenia elektryczne spawane laserem - modelowanie rezystancji

• Autorzy: Pawlak R. , Walczak M.

Warianty tytułu

EN

Laser-welded electrical micro joints - modeling of resistance

• Konferencja: V Konferencja Naukowa Postępy w Elektrotechnologii, Jamrozowa Polana, 8-10 września 2003 r.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca dotyczy mikropołączeń elektrycznych wytwarzanych z wykorzystaniem technologii spawania laserowego. Jakość mikropołączeń stanowi stały problem w montażu urządzeń elektronicznych szczególnie wraz z postępującym stopniem i pakowania elementów. Inne trudności związane są z wytwarzaniem połączeń, które mogłyby pracować niezawodnie w środowiskach zagrożonych. Do rozwiązania wielu trudności z zakresu wytwarzania mikropołączeń przyczyniły się technologie laserowe, w tym mikrospawanie. Odmiennie niż w połączeniach typu adhezyjnego, otrzymywanych z wykorzystaniem termokompresji, ultrakompresji czy też lutowania, o podstawowej właściwości połączeń spawanych laserowo, czyli ich rezystancji, decydują zasadniczo dwa czynniki: konfiguracja połączenia (jego geometria) oraz zmiany metalurgiczne, zachodzące w obszarze spoiny. Czynniki te określano na podstawie rozkładu pola elektrycznego w połączeniu modelowym, modelowania komputerowego rezystancji z wykorzystaniem pakietu FEMLAB oraz doświadczalnie. Uzyskane wyniki wykorzystano do optymalizacji warunków wytwarzania spawanego laserem połączenia wyprowadzenia drutowego w tranzystorze mocy IGBT.

EN

In the paper, selected electrical properties of the laser-welded joints have been discussed. These properties e.g. electrical resistance, are formed in the process of producing the joint. In this work the results of the modelling of the resistance such joints, obtained by means of the Femlab programme, are presented. In the simplest case of welding the homogeneous tapes, the obtained results are accordant with the analytical model of conformal transformation. The calculations have been based on the original experimental results of the analysis of the occurring phases and the values of the resistivities of the alloys, intermetallic phases and solid Solutions. This complicated case could not be calculated in the analytical way. The calculations with the aid of the finite elements method (FEM) in the Femlab have proved exact correiation between the resistivity of the joints and configurations of the welded elements and morphology of the phases in the laser-welded region. These results have been also confirmed by another works of the authors. It was proved that the distribution of the energy in the laser beam, duration of the laser pulse and magnitude of the energy should be chosen individually taking into account not only the kind of the welded elements but also the configuration of such connection. This work contains original results used also in the optimization of the conditions of the laser connecting of the wire- leads in the power transistor IGBT.

Słowa kluczowe

PL

spawanie laserem; mikropołączenia elektryczne; modelowanie rezystancji

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Instytutu Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii Politechniki Wrocławskiej. Konferencje
• Rocznik: 2003
• Tom: Vol. 38, nr 13
• Strony: 299--306
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pawlak R.

• Instytut Elektrotechniki Teoretycznej, Metrologii i Materiałoznawstwa Politechniki Łódzkiej

autor

Walczak M.

• Instytut Elektrotechniki Teoretycznej, Metrologii i Materiałoznawstwa Politechniki Łódzkiej

Bibliografia

• [1] PAWLAK R., Laserowa modyfikacja właściwości materiałów przewodzacych, Politechnika Łódzka, Rozprawy Naukowe z.305, Zeszyty Naukowe Nr 898, 2002 (praca habilitacyjna).
• [2] FLECKENSTEIN M., Laser micro welding for surface mount technology: high quality for applications in harsh environment, Proceedings of IMAPS — Int. Microelectron & Pack. Soc. 2000, Prague, pp. 90-95.
• [3] GLASMACHER M., PUCHER H.-J., GEIGER M., Improvement of the reliabity of laser beam microwelding as interconnection technique, Proc. SPIE, v. 2703, 1996, pp. 411-420.
• [4] 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.
• [5] WOJCICKI M., PRYPUTNIEWICZ R., Laser microwelding of small diameter wire to a contact, Proc. of ICALEO'96, Laser Institute of America, pp. 84-93.
• [6] BERNSTEIN J. B., ZHANG W., and NICHOLAS C.H.: Laser Formed Metallic Connections, IEEE Trans. Comp. Pkg. Manufact. Technol., vol. 21, No. 2, 1998, pp. 194-198.
• [7] HOVING W.: Laser applications in consumer electronics, Aachener Colloquium fair Lasertechnik'98, F-ILT Aachen, 1998.
• [8] JANG S.: Packaging of photonic devices using laser welding, Proc. SPIE , vol. 2610, 1996, pp.138-149.
• [9] PAWLAK R., KAWCZYŃSKI R.: Metody oceny właściwości elektrycznych laserowych połączeń w przyrządach mocy, Prace Nauk. Inst. Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii Polit. Wrocł., seria: Konferencje nr 12, Postępy w elektrotechnologii IV, 2000, s. 167-171.
• [10] PAWLAK R.: Laserowe wytwarzanie połączeń drutowych w tranzystorach mocy, Mat. III Konf. „Postępy w elektrotechnologii", Wyd. Polit. Wrocł., 1998.
• [11] SENKARA J., WINDYGA A.: Podstawy teorii procesów spajania, Wyd. Polit. Warszawskiej, 1990.
• [12] KOSTRUBIEC F., LESZCZYŃSKI J., PAWLAK R., WYSZNACKI A.: Podstawowe właściwości mikropołączeń elektrycznych drutów i folii (Ni, kowar, Al, Au) wykonanych metodą spawania laserowego, Z. Nauk. PL ser. Elektryka, z. 59, 1978, str.77-87.