Módulos de potencia para una electrónica de potencia eficienteSu solución de plasma para módulos de potencia
Las ventajas del plasma
En la electrónica de potencia y en la industria de la automoción, los semiconductores de potencia son componentes fundamentales. Los módulos de potencia de semiconductores están formados por varios semiconductores de potencia individuales y otros componentes que, en conjunto, conmutan y controlan altas potencias eléctricas. Los IGBT y los MOSFET de SiC actúan como interruptores electrónicos que permiten la conmutación rápida de corrientes y, por lo tanto, la conversión de corriente continua en corriente alterna. Durante la conmutación se produce una pérdida de energía inevitable que debe disiparse en forma de calor. Un tratamiento superficial preciso y fiable respalda los pasos decisivos de la fabricación y contribuye a la estabilidad de los procesos.
Superficies preparadas
Eliminación de capas de óxido o residuos orgánicos mediante plasma
Mejor capacidad de humectación
La activación por plasma de la energía superficial mejora las propiedades hidrofílicas.
Mejor adherencia
La activación por plasma optimiza la adherencia de los más diversos materiales
Proceso de fabricación asistido por plasma
El proceso de fabricación de los módulos modernos de semiconductores de potencia comprende una secuencia precisa de pasos. Las propiedades de las superficies pueden prepararse y optimizarse de forma óptima mediante plasma. De este modo, se garantiza una mejor humectabilidad, adherencia, contacto eléctrico y fiabilidad del proceso.
Preparación del sustrato
Como base sobre la que se montan todos los componentes individuales se utiliza un sustrato cerámico o metálico. Este suele estar compuesto por cobre de unión directa (DBC) o soldadura con metal activo (AMB). Para poder imprimir la pasta de soldadura o la pasta conductora de plata, es necesario limpiar previamente el sustrato.
| Reto : los óxidos y los residuos orgánicos pueden afectar a la humectación y a la adherencia de los materiales que se aplican posteriormente. | Nuestra solución: limpieza por plasma. La limpieza por plasma garantiza una reducción eficaz, respetuosa con el medio ambiente y, al mismo tiempo, cuidadosa con los componentes, de las capas de óxido, así como la eliminación de residuos orgánicos de la superficie del sustrato. |
Ventaja
: una superficie limpia favorece una humectación uniforme y mejora las condiciones para unos procesos de soldadura y sinterización estables.
LA unión
Superficies activadas para una adhesión
fiable. Los semiconductores de potencia, como los diodos, los IGBT o los chips de SiC, se colocan sobre el sustrato. Tras la limpieza, máquinas automáticas de alta velocidad colocan con precisión los discos semiconductores sobre los sustratos.
| Reto :Las impurezas más pequeñas en la superficie y su baja energía superficial pueden afectar considerablemente a la adhesión entre el chip y el sustrato. | Nuestra solución: activación por plasma. Un pretratamiento con plasma limpia y activa la superficie antes de la siguiente etapa del proceso. |
Ventaja
: el aumento de la energía superficial crea las condiciones óptimas para una unión fiable y favorece la reproducibilidad de los procesos de unión.
Soldadura o sinterización
Superficie limpiada a fondo para uniones
eléctricas y mecánicas. La unión eléctrica y mecánica de los componentes con el sustrato se fija térmicamente. La fijación se realiza mediante soldadura por reflujo o sinterización de plata. En la soldadura por reflujo, los componentes se unen térmicamente al sustrato. En el sinterizado de plata se crea, bajo temperatura y presión, una unión de alta resistencia.
| Reto :La unión eléctrica y mecánica puede verse afectada por óxidos y residuos orgánicos. | Nuestra solución: limpieza porplasma. El plasma elimina los óxidos y los compuestos orgánicos y prepara la superficie mediante una limpieza para el proceso posterior. |
Ventaja
: unas condiciones óptimas para la humectación y la unión aumentan la reproducibilidad del proceso.
Unión por hilo / Wire-Bonding
Superficie optimizada para contactos
eléctricos fiables. Los contactos de la parte superior de los chips se conectan eléctricamente con las pistas conductoras del sustrato base. Dependiendo de la aplicación, se utilizan hilos de aluminio o de cobre.
| Reto :Las impurezas orgánicas y los óxidos presentes en la superficie pueden afectar considerablemente a la capacidad de unión. | Nuestra solución: activación por plasma. Una limpieza y activación selectivas de la superficie mediante plasma la preparan para la unión por ultrasonidos. |
Ventaja
: unas condiciones superficiales optimizadas favorecen la estabilidad de las uniones.
Montaje de la carcasa y conexiones
Adhesión mejorada para un montaje
fiable de la carcasa. El sustrato montado se suelda a una placa base de cobre. El sustrato queda protegido mecánicamente por un marco de plástico resistente al calor que hace las veces de carcasa. Las conexiones principales se realizan mediante soldadura blanda, soldadura fuerte y encaje a presión.
| Reto :Una adhesión poco fiable entre el sustrato y la carcasa puede comprometer la fiabilidad de la unión. | Nuestra solución: activación por plasma.La activación por plasma mejora la energía superficial antes de los procesos de adhesión posteriores. |
Ventaja
: una mayor energía superficial garantiza una adhesión fiable.
Encapsulado
Preparación
específica de superficies tridimensionales para el encapsulado. El módulo se protege contra la humedad, la suciedad y las descargas eléctricas, y se encapsula con gel de silicona o se recubre con resina epoxi. La carcasa se rellena con silicona, que tras el endurecimiento sigue siendo flexible para absorber las tensiones térmicas. En los coches eléctricos, el módulo se recubre alternativamente por completo con resina epoxi.
| Reto : en componentes tridimensionales complejos, una adherencia deficiente entre la carcasa y el material de encapsulado puede dar lugar a puntos débiles. | Nuestra solución: activación por plasma.Un tratamiento con plasma activa la superficie antes del encapsulado, optimizando así la adherencia. |
Ventaja
: el aumento de la energía superficial mediante la activación por plasma garantiza una adhesión fiable del material de encapsulado.
El plasma en el proceso de fabricación de módulos de potencia
Los módulos de potencia de alto rendimiento, como los IGBT o los MOSFET de SiC, deben cumplir los exigentes requisitos de rendimiento de diversos sectores, como la fiabilidad y la calidad de cada una de las etapas de fabricación. Diener electronic respalda estos procesos con procesos de plasma ajustados con precisión. Dependiendo de la etapa del proceso, el plasma se utiliza para la limpieza, la eliminación de óxido y la activación de superficies. Un tratamiento con plasma prepara de forma específica las superficies críticas antes de la soldadura, el pegado o la unión, con vistas al proceso posterior. Para el tratamiento de superficies, Diener electronic ofrece equipos de plasma a baja presión que pueden utilizar diferentes gases de proceso y mezclas de gases, como, por ejemplo, hidrógeno o mezclas de argón e hidrógeno. El consumo de gas es menor que, por ejemplo, en los procesos con instalaciones a presión atmosférica que funcionan con nitrógeno como gas de proceso. La tecnología de plasma elimina las capas de óxido ya existentes o que se forman durante el proceso en etapas anteriores. También se pueden eliminar mediante plasma otros residuos orgánicos que se producen tras la sinterización, como, por ejemplo, el flúor.
Una inversión segura
Tras años de experiencia, Diener electronic cuenta con una trayectoria en la construcción de instalaciones que abarca una amplia variedad de sectores. Especializada en procesos exigentes, Diener ofrece una solución personalizada para cada aplicación. El diseño de las instalaciones de plasma abarca desde la automatización parcial hasta la total y se adapta de forma flexible a las crecientes exigencias de la Industria 4.0. Como inversión segura para el futuro, Diener configura los sistemas de plasma en función de los entornos de producción de sus clientes. La conexión y la integración completa en un MES a través de OPC UA son posibles gracias a características como una puerta automática o una campana. El equipamiento de las instalaciones de plasma ofrece una interfaz de usuario de manejo intuitivo que permite archivar programas y procesos, consultar listas de alarmas y visualizar el estado en tiempo real, lo que garantiza un seguimiento transparente de cada pieza. De este modo, se garantizan procesos reproducibles con resultados fiables. Para la integración en entornos de producción existentes, Diener electronic ofrece sistemas de plasma de ciclo corto. La respuesta a las exigencias de los procesos de fabricación automatizados y sincronizados.
