IGBT熱傳導與焊料空洞的關係-深圳福英達
IGBT熱傳(chuan) 導與(yu) 焊料空洞的關(guan) 係
IGBT作為(wei) 一種常用於(yu) 高溫應用環境（汽車，鐵路軌道，航空航天deng）的電子元件，需要經受得住長期高溫老化的影響。錫膏是用於(yu) 焊接IGBT的材料，同時也是IGBT模塊多層結構中最脆弱的部分之一，其焊後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後金屬間化合物生長都會(hui) 使得焊點出現空洞。空洞的出現會(hui) 影響熱傳(chuan) 導並影響IGBT芯片的溫度分布。
空洞對熱傳(chuan) 導的影響
為(wei) 了了解空洞對IGBT的熱傳(chuan) 導的影響，Fan等人將IGBT芯片和二極管芯片封裝到了一起，並測試不同空洞區域的溫度。從(cong) 圖1可以看到， IGBT和二極管焊點之間出現空洞，會(hui) 導致中心外殼溫度分布出現明顯的變化。
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(hui) 對芯片溫度產(chan) 生影響。可以發現在處於(yu) 邊緣的基底焊料空洞對芯片結溫的影響幾乎可以忽視（區域a和c），但靠近IGBT和二極管的空洞（區域b和d）會(hui) 顯著影響結溫。區域b和d處的空洞使得IGBT和二極管的結溫分別增長了接近6°C。由此可知，在相同的空洞尺寸下，當空洞出現在芯片中心處，則芯片處結溫會(hui) 明顯增加。此外，空洞會(hui) 阻礙垂直熱流，導致殼體(ti) 溫度降低。
圖2. IGBT和二極管結溫分布。
空洞影響熱傳(chuan) 導的機理
空洞的出現增加了熱擴散角度，使得熱阻增大並減慢了熱傳(chuan) 導。當芯片下方出現了空洞，熱擴散角增加，使得傳(chuan) 熱麵積增大，並減小空洞下方的熱阻。空洞對自熱擴散和互耦都有影響。如果二極管的芯片麵積比IGBT小，則二極管與(yu) IGBT的耦合熱阻比IGBT與(yu) 二極管的耦合熱阻更容易受到空洞影響。此外，焊料空洞對芯片結溫和外殼溫度的影響是不斷累積的，如果外殼溫度在多個(ge) 點處變化，則耦合溫度更易升高，這將更容易導致IGBT模塊故障。
圖3. 熱擴散角和空洞的關(guan) 係。
低空洞焊料
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參考文獻
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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