Modules de puissance pour une électronique de puissance efficaceVotre solution de plasma pour les modules de puissance
Les avantages du plasma
Dans l'électronique de puissance ainsi que dans l'industrie automobile, les semi-conducteurs de puissance constituent des composants essentiels. Les modules de puissance à semi-conducteurs sont composés de plusieurs semi-conducteurs de puissance individuels et d'autres composants qui, ensemble, commutent et commandent des puissances électriques élevées. Les IGBT et les MOSFET au SiC font office de commutateurs électroniques qui permettent une commutation rapide des courants et, par conséquent, la conversion du courant continu en courant alternatif. Lors de la commutation, des pertes d’énergie inévitables surviennent, qui doivent être dissipées sous forme de chaleur. Un traitement de surface précis et fiable facilite les étapes de fabrication décisives et contribue à la stabilité des processus.
Surfaces préparées
Élimination des couches d'oxyde ou des résidus organiques à l'aide du plasma
Meilleure mouillabilité
L'activation par plasma de l'énergie de surface améliore les propriétés hydrophiles.
Meilleure adhérence
L'activation au plasma optimise l'adhérence d'une grande variété de matériaux
Processus de fabrication assisté par plasma
Le processus de fabrication des modules semi-conducteurs de puissance modernes comprend une succession d'étapes précises. Le plasma permet de préparer et d'optimiser de manière optimale les propriétés des surfaces. Cela permet de garantir une meilleure mouillabilité, une meilleure adhérence, de meilleurs contacts électriques ainsi qu'une plus grande fiabilité du processus.
Préparation du substrat
Un substrat en céramique ou en métal sert de base sur laquelle tous les composants individuels sont montés. Celui-ci est généralement constitué de cuivre à liaison directe (DBC) ou de brasage à métal actif (AMB). Afin de pouvoir imprimer la pâte à souder ou la pâte conductrice à base d'argent, le substrat doit être préalablement nettoyé.
| Le défi : les oxydes et les résidus organiques peuvent nuire au mouillage et à l’adhérence des matériaux appliqués par la suite. | Notre solution : le nettoyage au plasma Le nettoyage au plasma garantit une réduction efficace, respectueuse de l’environnement et préservant les composants, des couches d’oxyde ainsi que l’élimination des résidus organiques à la surface du substrat. |
Avantage
: une surface nettoyée favorise un mouillage uniforme et améliore les conditions nécessaires à la stabilité des processus de soudage et de frittage.
LE collage
Des surfaces activées pour une adhérence
fiable Les semi-conducteurs de puissance, tels que les diodes, les IGBT ou les puces SiC, sont placés sur le substrat. Après nettoyage, des machines automatiques à grande vitesse positionnent les dispositifs semi-conducteurs avec précision sur les substrats.
| Défi :les impuretés infimes présentes à la surface et la faible énergie de surface de celle-ci peuvent considérablement nuire à l’adhérence entre la puce et le substrat. | Notre solution : l’activation par plasma. Un prétraitement au plasma nettoie et active la surface avant l’étape suivante du traitement. |
Avantage
: l’augmentation de l’énergie de surface crée les conditions optimales pour une liaison fiable et favorise la reproductibilité des processus de soudure.
Soudure ou frittage
Surface ultra-nettoyée pour les connexions
électriques et mécaniques. La connexion électrique et mécanique des composants au substrat est réalisée par fixation thermique. La fixation s'effectue par brasage par refusion ou par frittage à l'argent. Lors du brasage par refusion, les composants sont reliés thermiquement au substrat. Dans le cas du frittage de l'argent, une liaison hautement résistante se forme sous l'effet de la température et de la pression.
| Défi :la connexion électrique et mécanique peut être compromise par la présence d’oxydes et de résidus organiques. | Notre solution : le nettoyage auplasma. Le plasma élimine les oxydes et les composés organiques et prépare la surface au processus suivant grâce à un nettoyage. |
Avantage
: des conditions optimales pour le mouillage et la liaison améliorent la reproductibilité du processus.
Soudure par fil / Wire-Bonding
Une surface optimisée pour des contacts
électriques fiables Les contacts situés sur la face supérieure des puces sont reliés électriquement aux pistes conductrices du substrat de base. Selon l'application, on utilise des fils d'aluminium ou de cuivre.
| Défi :les impuretés organiques et les oxydes présents à la surface peuvent considérablement affecter la capacité de soudure. | Notre solution : l’activation par plasma. Un nettoyage et une activation ciblés de la surface par plasma préparent celle-ci au soudage par ultrasons. |
Avantage
: des conditions de surface optimisées favorisent la stabilité des liaisons de soudure.
Assemblage du boîtier et raccordements
Adhérence améliorée pour un montage
fiable du boîtier Le substrat équipé est soudé sur une plaque de base en cuivre. Le substrat est protégé mécaniquement par un cadre en plastique résistant à la chaleur qui fait office de boîtier. Les connexions principales sont soudées, soudées par résistance et emboîtées par pression.
| Défi :une adhérence insuffisante entre le substrat et le boîtier peut nuire à la fiabilité de l'assemblage. | Notre solution : l’activation par plasma.L’activation par plasma améliore l’énergie de surface avant les étapes suivantes du processus de collage. |
Avantage
: une énergie de surface accrue garantit une adhérence fiable.
Enrobage / Encapsulation
Préparation
ciblée des surfaces tridimensionnelles en vue de l'encapsulation. Le module est protégé contre l'humidité, les salissures et les décharges électriques, puis encapsulé dans du gel de silicone ou enrobé d'époxy. Le boîtier est rempli de silicone qui, une fois durci, reste souple afin d’absorber les contraintes thermiques. Dans le cas des voitures électriques, le module peut également être entièrement enrobé de résine époxy.
| Défi : sur les composants tridimensionnels complexes, une adhérence insuffisante entre le boîtier et le matériau d’encapsulation peut entraîner l’apparition de points faibles. | Notre solution : l’activation par plasma. Un traitement au plasma active la surface avant l’enrobage, optimisant ainsi l’adhérence. |
Avantage
: l’augmentation de l’énergie de surface grâce à l’activation par plasma garantit une adhérence fiable du matériau d’encapsulation.
Le plasma dans le processus de fabrication des modules de puissance
Les modules de puissance performants, tels que les IGBT ou les MOSFET SiC, doivent répondre aux exigences élevées de divers secteurs en matière de performances, notamment en termes de fiabilité et de qualité des différentes étapes de fabrication. Diener electronic accompagne ces processus grâce à des procédés plasma parfaitement adaptés. Selon l'étape du processus, le plasma est utilisé pour le nettoyage, l'élimination des oxydes et l'activation des surfaces. Un traitement au plasma prépare de manière ciblée les surfaces critiques avant le soudage, le collage ou le liage, en vue de l'étape suivante du processus. Pour le traitement de surface, Diener electronic propose des systèmes à plasma basse pression pouvant utiliser différents gaz de procédé et mélanges gazeux, tels que l’hydrogène ou des mélanges argon-hydrogène. La consommation de gaz est ainsi inférieure à celle des procédés utilisant, par exemple, des installations à pression atmosphérique fonctionnant à l’azote comme gaz de traitement. La technologie plasma élimine les couches d’oxyde déjà présentes ou formées au cours des étapes précédentes du processus. D’autres résidus organiques générés après le frittage, comme le fluor, peuvent également être éliminés par plasma.
Un investissement sûr
Fort de nombreuses années d'expertise, Diener electronic s'appuie sur une expérience en construction d'installations couvrant des secteurs variés. Spécialisé dans les processus exigeants, Diener propose une solution sur mesure pour chaque application. La conception des installations plasma va de la semi-automatisation à la pleine automatisation et s'adapte en toute flexibilité aux exigences croissantes de l'Industrie 4.0. En tant qu'investissement sûr pour l'avenir, Diener configure les systèmes plasma en fonction des environnements de production de ses clients. La connexion et l’intégration complète dans un système MES via OPC UA sont rendues possibles grâce à des fonctionnalités telles qu’une porte ou une cloche automatiques. L'équipement des installations plasma comprend une interface utilisateur intuitive permettant l'archivage des programmes et des processus, la gestion des listes d'alarmes et la consultation de l'état en temps réel, ce qui assure une traçabilité transparente des pièces individuelles. Cela garantit des processus reproductibles et fiables en termes de résultats. Pour l’intégration dans des environnements de production existants, Diener electronic propose des systèmes plasma à cycle court. La réponse aux exigences des processus de fabrication automatisés et cadencés.
