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芯片与DBC(覆铜陶瓷基板) 的焊接,是大功率、高可靠电子模块(如电动汽车的IGBT模块)制造中的核心技术。这项工艺的难点在于确保芯片产生的巨大热量能通过DBC高效导出,并承受住剧烈的温度变化。

下面的表格对比了三种主流的焊接工艺,核心目标都是最大限度地降低焊接层的“空洞率”,因为空洞会严重阻碍散热并影响长期可靠性。
| 工艺类型 | 核心原理 | 关键优势 | 主要挑战 | 典型应用场景 |
| 真空回流焊接 | 在真空环境中进行回流焊,利用真空抽取助焊剂挥发气体和空气 | 空洞率极低(可<1%),焊接质量高,可靠性好 | 设备昂贵,工艺控制复杂(需精确控制真空度、时间等) | 高可靠性要求的IPM/IGBT模块、航空航天电子 |
| 热风回流焊接 | 在空气或氮气保护环境下,利用热风加热完成焊接 | 工艺成熟,设备普及,成本相对较低 | 空洞率控制难度高于真空焊接,需优化焊盘与钢网设计 | 消费电子电源模块、工业驱动、光伏逆变器(对成本较敏感) |
| 新型连接技术 (如烧结银) | 采用银浆或银焊膏,通过低温加压烧结形成连接 | 导热/导电性极佳,工作温度高,连接强度大 | 材料成本高,工艺(压力、温度)要求严格,可能需图形化沉积 | 第三代半导体(SiC, GaN)模块、超高功率密度模块、聚光太阳能电池 |
成功的焊接工艺离不开以下几个关键点的控制:
空洞率控制:这是衡量焊接质量的核心指标。除了采用真空焊接,优化助焊剂润湿时间、锡膏印刷的钢网设计(如增加排气通道)也能有效降低空洞率。
界面与材料匹配:DBC板铜层可进行表面处理(如氧化、镀镍),以改善与焊料的结合力。同时,选择热膨胀系数与芯片、陶瓷更匹配的焊料(如高铅焊料、烧结银),能减少热应力。
应力与翘曲管理:DBC板本身通过特殊冷却工艺控制翘曲。在焊接时,控制好升降温曲线,避免过快导致的温度不均,对防止芯片开裂和焊层失效至关重要。

DBC焊接工艺的特性,决定了它在以下高要求领域不可替代:
新能源汽车与轨道交通:这是最主要的应用领域。用于电机驱动器的IGBT和SiC功率模块,必须通过可靠的DBC焊接将热量高效传递至散热器,并承受车辆行驶中的剧烈振动与温度循环。
工业控制与能源:在光伏逆变器、风电变流器、工业电机驱动中,功率模块需要7x24小时连续运行。DBC优异的绝缘性、导热性和长期可靠性满足了这些要求。
航空航天与军事:该领域对电子设备的极端环境适应性和超高可靠性有严苛要求。DBC宽温域(-55°C至850°C)的工作能力和稳定的性能,使其成为机载、舰载电源系统的关键材料。
高端照明与激光器:大功率LED和激光二极管会产生集中热源,需要DBC这样的高导热基板进行快速散热,以保障光输出效率和使用寿命。
芯片与DBC的焊接是功率电子迈向高功率密度、高可靠性的基石。目前,真空回流焊是保证最低空洞率的主流高可靠工艺,而烧结银等新型技术则为更严苛的未来应用提供了方向。
水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要,一旦选定,就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。
污染物有多种,可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气,通电后发生电化学迁移,形成树枝状结构体,造成低电阻通路,破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层,在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物,还有粒状污染物,例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等,这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。
这么多污染物,到底哪些才是最备受关注的呢?助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中,它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分,焊后必然存在热改性生成物,这些物质在所有污染物中的占据主导,从产品失效情况来而言,焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素,离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降,松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大,严重者导致开路失效,因此焊后必须进行严格的清洗,才能保障电路板的质量。
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