Moduli di potenza per un'elettronica di potenza efficienteLa vostra soluzione al plasma per i moduli di potenza
I vantaggi del plasma
Nell’elettronica di potenza e nell’industria automobilistica, i semiconduttori di potenza sono componenti fondamentali. I moduli di potenza a semiconduttori sono costituiti da diversi singoli semiconduttori di potenza e da altri componenti che, insieme, commutano e controllano elevate potenze elettriche. Gli IGBT e i MOSFET in SiC fungono da interruttori elettronici che consentono una commutazione rapida delle correnti e, di conseguenza, la conversione della corrente continua in corrente alternata. Durante la commutazione si verificano inevitabili perdite di energia, che devono essere dissipate sotto forma di calore. Un trattamento superficiale preciso e affidabile supporta le fasi decisive della produzione e contribuisce alla stabilità dei processi.
Superfici trattate
Rimozione di strati di ossido o residui organici mediante plasma
Migliore bagnabilità
L'attivazione al plasma dell'energia superficiale migliora le proprietà idrofile.
Migliore aderenza
L'attivazione al plasma ottimizza l'adesione dei materiali più diversi
Processo di produzione assistito dal plasma
Il processo di produzione dei moderni moduli a semiconduttori di potenza comprende fasi di lavorazione precise e sequenziali. Le proprietà delle superfici possono essere preparate e ottimizzate in modo ottimale mediante il plasma. Ciò consente di garantire una migliore bagnabilità, adesione, contatto elettrico e affidabilità del processo.
Preparazione del substrato
Come base su cui vengono montati tutti i singoli componenti viene utilizzato un substrato ceramico o metallico. Questo è costituito solitamente da Direct Bonded Copper (DBC) o Active Metal Brazing (AMB). Per poter stampare la pasta di saldatura o la pasta conduttiva all'argento, il substrato deve essere preventivamente pulito.
| La sfida : gli ossidi e i residui organici possono compromettere la bagnabilità e l’adesione dei materiali applicati successivamente. | La nostra soluzione: la pulizia al plasma La pulizia al plasma garantisce una riduzione efficace degli strati di ossido e la rimozione dei residui organici dalla superficie del substrato, nel rispetto dell’ambiente e senza danneggiare i componenti. |
Vantaggio
: una superficie pulita favorisce una bagnabilità uniforme e migliora le condizioni per processi di saldatura e sinterizzazione stabili.
IL processo di incollaggio
Superfici attivate per un'adesione
affidabile I semiconduttori di potenza, come i diodi, gli IGBT o i chip SiC, vengono posizionati sul substrato. Dopo la pulizia, macchine automatiche ad alta velocità posizionano con precisione i dispositivi a semiconduttore sui substrati.
| Sfida : anchele più piccole impurità presenti sulla superficie e la sua bassa energia superficiale possono compromettere notevolmente l’adesione tra chip e substrato. | La nostra soluzione: l’attivazione al plasma.Un pretrattamento al plasma pulisce e attiva la superficie prima della fase successiva del trattamento. |
Vantaggio
: l’aumento dell’energia superficiale crea le condizioni ottimali per un collegamento affidabile e favorisce processi di incollaggio riproducibili.
Saldatura o sinterizzazione
Superficie pulita con estrema precisione per collegamenti
elettrici e meccanici Il collegamento elettrico e meccanico dei componenti e del substrato viene fissato termicamente. Il fissaggio avviene tramite saldatura a riflusso o sinterizzazione dell'argento. Nella saldatura a riflusso, i componenti vengono collegati termicamente al substrato. Nella sinterizzazione dell’argento, sotto l’azione di temperatura e pressione, si forma un collegamento altamente resistente.
| Sfida Il collegamento elettrico e meccanico può essere compromesso da ossidi e residui organici. | La nostra soluzione: la puliziaalplasma. Il plasma rimuove gli ossidi e i composti organici e prepara la superficie per il processo successivo. |
Vantaggio
: le condizioni ottimali per la bagnabilità e il collegamento aumentano la riproducibilità del processo.
Wire-Bonding
Superficie ottimizzata per contatti
elettrici affidabili I contatti sulla parte superiore dei chip vengono collegati elettricamente alle piste conduttrici del substrato di base. A seconda dell'applicazione, vengono utilizzati fili di alluminio o di rame.
| Sfida :le impurità organiche e gli ossidi presenti sulla superficie possono influire notevolmente sulla saldabilità. | La nostra soluzione: l’attivazione al plasma. Una pulizia mirata al plasma e l’attivazione della superficie preparano quest’ultima al bonding a ultrasuoni. |
Vantaggio
: condizioni superficiali ottimizzate favoriscono giunzioni stabili.
Montaggio dell'involucro e collegamenti
Aderenza migliorata per un montaggio
affidabile dell'involucro Il substrato assemblato viene saldato su una piastra di base in rame. Il substrato è protetto meccanicamente da un telaio in plastica resistente al calore che funge da involucro. I collegamenti principali vengono realizzati mediante saldatura, saldatura a resistenza e inserimento a pressione.
| Sfida :un'adesione inaffidabile tra substrato e involucro può compromettere l’affidabilità del collegamento. | La nostra soluzione: l’attivazione al plasma.L’attivazione al plasma migliora l’energia superficiale prima delle successive fasi di incollaggio |
Vantaggio
: una maggiore energia superficiale garantisce un'adesione affidabile.
Incapsulamento
Preparazione
mirata delle superfici tridimensionali per l'incapsulamento Il modulo viene protetto da umidità, sporco e scariche elettriche e incapsulato con gel di silicone o rivestito con resina epossidica. L’alloggiamento viene riempito con silicone che, una volta indurito, rimane flessibile per assorbire le sollecitazioni termiche. Nelle auto elettriche, in alternativa, il modulo viene completamente incapsulato con resina epossidica.
| Sfida : nel caso di componenti tridimensionali complessi, un'adesione compromessa tra l'involucro e il materiale di incapsulamento può portare alla formazione di punti deboli. | La nostra soluzione: l’attivazione al plasma.Un trattamento al plasma attiva la superficie prima del riempimento, ottimizzandone così l’adesione. |
Vantaggio
: l’aumento dell’energia superficiale ottenuto tramite l’attivazione al plasma garantisce un’adesione affidabile del materiale di riempimento.
Il plasma nel processo di produzione dei moduli di potenza
I moduli di potenza ad alte prestazioni, come gli IGBT o i MOSFET in SiC, devono soddisfare gli elevati requisiti prestazionali di diversi settori industriali, quali l’affidabilità e la qualità delle singole fasi di produzione. Diener electronic supporta questi processi con procedure al plasma accuratamente calibrate. A seconda della fase del processo, il plasma viene impiegato per la pulizia, la rimozione di ossidi e l’attivazione delle superfici. Un trattamento al plasma prepara in modo mirato le superfici critiche prima della saldatura, dell’incollaggio o del bonding per il processo successivo. Per il trattamento delle superfici, Diener electronic offre impianti al plasma a bassa pressione in grado di utilizzare diversi gas di processo e miscele gassose, come ad esempio idrogeno o miscele di argon e idrogeno. Il consumo di gas è inferiore rispetto, ad esempio, ai processi che utilizzano impianti a pressione atmosferica funzionanti con azoto come gas di processo. La tecnologia al plasma rimuove gli strati di ossido già presenti o che si formano durante le fasi precedenti del processo. Anche altri residui organici che si formano dopo la sinterizzazione, come ad esempio il fluoro, possono essere rimossi mediante il plasma.
Un investimento sicuro
Grazie ad anni di esperienza, Diener electronic può contare su una competenza nella realizzazione di impianti che abbraccia diversi settori. Specializzata in processi complessi, Diener offre una soluzione personalizzata per ogni applicazione. La progettazione degli impianti al plasma spazia dalla semiautomatizzazione alla completa automazione e si adatta in modo flessibile alle crescenti esigenze dell’Industria 4.0. Come investimento sicuro per il futuro, Diener configura i sistemi al plasma in base agli ambienti di produzione dei propri clienti. Il collegamento e la piena integrazione in un sistema MES tramite OPC UA sono resi possibili da funzionalità quali una porta automatica o una campana. La dotazione degli impianti al plasma offre un’interfaccia utente intuitiva che consente l’archiviazione dei programmi e dei processi, l’accesso agli elenchi degli allarmi e la visualizzazione dello stato in tempo reale, garantendo una tracciabilità trasparente dei singoli componenti. In questo modo si assicurano processi riproducibili e con risultati affidabili. Per l’integrazione in ambienti di produzione esistenti, Diener electronic offre impianti al plasma a ciclo breve. La risposta alle esigenze dei processi di produzione automatizzati e a ciclo cadenzato.
