IGBT熱傳導(dǎo)與焊料空洞的關(guān)系-深圳福英達(dá)
IGBT熱傳導(dǎo)與焊料空洞的關(guān)系
IGBT作為一種常用于高溫應(yīng)用環(huán)境（汽車，鐵路軌道，航空航天deng）的電子元件，需要經(jīng)受得住長期高溫老化的影響。錫膏是用于焊接IGBT的材料，同時也是IGBT模塊多層結(jié)構(gòu)中最脆弱的部分之一，其焊后的連接性能直接影響芯片溫度和器件性能。焊料在回流時形成氣泡和老化后金屬間化合物生長都會使得焊點出現(xiàn)空洞?？斩吹某霈F(xiàn)會影響熱傳導(dǎo)并影響IGBT芯片的溫度分布。
空洞對熱傳導(dǎo)的影響
為了了解空洞對IGBT的熱傳導(dǎo)的影響，F(xiàn)an等人將IGBT芯片和二極管芯片封裝到了一起，并測試不同空洞區(qū)域的溫度。從圖1可以看到， IGBT和二極管焊點之間出現(xiàn)空洞，會導(dǎo)致中心外殼溫度分布出現(xiàn)明顯的變化。
圖1. 空洞對IGBT和二極管外殼溫度分布的影響。
空洞的分布位置會對芯片溫度產(chǎn)生影響?？梢园l(fā)現(xiàn)在處于邊緣的基底焊料空洞對芯片結(jié)溫的影響幾乎可以忽視（區(qū)域a和c），但靠近IGBT和二極管的空洞（區(qū)域b和d）會顯著影響結(jié)溫。區(qū)域b和d處的空洞使得IGBT和二極管的結(jié)溫分別增長了接近6°C。由此可知，在相同的空洞尺寸下，當(dāng)空洞出現(xiàn)在芯片中心處，則芯片處結(jié)溫會明顯增加。此外，空洞會阻礙垂直熱流，導(dǎo)致殼體溫度降低。
圖2. IGBT和二極管結(jié)溫分布。
空洞影響熱傳導(dǎo)的機(jī)理
空洞的出現(xiàn)增加了熱擴(kuò)散角度，使得熱阻增大并減慢了熱傳導(dǎo)。當(dāng)芯片下方出現(xiàn)了空洞，熱擴(kuò)散角增加，使得傳熱面積增大，并減小空洞下方的熱阻?？斩磳ψ詿釘U(kuò)散和互耦都有影響。如果二極管的芯片面積比IGBT小，則二極管與IGBT的耦合熱阻比IGBT與二極管的耦合熱阻更容易受到空洞影響。此外，焊料空洞對芯片結(jié)溫和外殼溫度的影響是不斷累積的，如果外殼溫度在多個點處變化，則耦合溫度更易升高，這將更容易導(dǎo)致IGBT模塊故障。
圖3. 熱擴(kuò)散角和空洞的關(guān)系。
低空洞焊料
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參考文獻(xiàn)
Fan, Y.H., Cui, H.Y., Lou, Z.B., Teng, J.J., Tang, Z. & Peng, J.Z. (2020). Base solder voids identification of IGBT modules using case temperature. Microelectronics Reliability, vol.115.
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