Analiza zjawisk termokinetycznych w obszarze mikropołączeń laserowych

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].

---

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.