随着电力电子环境的演变,能够采取电气化举措,有效的热管理和可靠的长期性能变得越来越重要。在EV应用中,传统的热界面材料在热性能和高应力条件下的稳定性方面不佳,因此需要先进的材料和技术,例如使用焊料预制件作为包接热接口解决方案,以提高热性能和可靠性。

　　电力电子产品包装介绍

　　在电力电子技术中,包装连接过程是确保有效热管理和持续可靠性的关键。随着动力模块变得更加紧凑和先进,材料和技术的创新对于满足性能和耐久性要求至关重要。这一点在电动车的应用中尤为明显,在这些应用中,尺寸、重量和性能的权衡平衡,以实现更大的范围和更长的使用寿命。 热界面材料 (tim)在将动力模块的热量耗散到散热器方面发挥着关键作用,而散热器是维持最佳运行温度和防止故障的关键过程。传统的热界面材料在热性能和稳定性方面都有缺陷。 电动汽车应用中的高压条件.这就需要先进的材料和技术,例如使用焊料作为包附热接口解决方案,以提高热性能和可靠性。

　　传统热界面材料

　　像有机化合物、硅树脂和碳基材料等传统的TIM广泛应用于电力电子学。然而,这些材料经常显示出局限性,妨碍了它们在高需求应用程序中的性能。例如,有机和有机硅TIMM常常与低导热性作斗争,特别是在z轴上。碳基TIMM虽然在热性能上有所改善,但在电力电子环境的典型恶劣条件下,却面临长期稳定性问题。

　　这些缺陷可能会导致散热效果不佳,增加热电阻,并最终降低逆变系统的可靠性和寿命。此外,传统TIM所需的机械紧固会带来制造过程中的复杂性和效率低下。

　　焊接为热界面材料

　　在这些应用中,焊接正在成为传统TIMM的一个引人注目的替代品,提供了从电源模块到散热器的更直接、更高效的热路径。利用焊料预制件,模块热沉器与冷却器之间的接口可以达到优越的导热性和机械稳定性。

　　焊接作为一个蒂姆是一个行之有效的方法。然而,考虑到电源模块包装-冷却-连接的应用,传统的焊接合金,如SINSB(锡-铀矿),需要高峰值焊接温度,通常超过240℃。这种高温会超过工业中常用的碳化硅动力模组包装中环氧树脂的玻璃过渡温度(TG),导致分层和增加热机械应力,并需要开发能够在不损害包件完整性的情况下保持性能的低温焊接溶液。

　　SAK-in合金技术

　　SAK-IN合金是焊锡预制工艺的突破。这种无多溴二苯醚的合金(SAC代表SN-AG-铜),主要由锡、银和锌组成,熔化范围在190℃至205℃之间。这种显著降低的峰值温度降低了超过霉菌环氧化合物TG的风险,从而防止分层和确保包装的机械完整性。

　　SAK-IN合金有几个主要优点:

　　可焊性: 它能很好地附着于各种表面表面。

　　可靠性: 展示在热冲击条件下高机械强度和耐久性。

　　导热性: 提供高效散热,对高性能功率模块至关重要。

　　成本效益: 与高性能烧结溶液相比,提供了一种经济的选择。

　　实验方法和结果

　　为了验证SAK-IN合金的性能,研究人员进行了可靠性测试和故障分析,包括 热冲击试验 .该材料是在一个具有代表性的包装连接总成中进行评价的,该总成与DBC衬底和NiCU基板相结合,目的是模拟该应用中通常使用的材料。实验装置包括使用真空/甲酸间歇回流系统进行焊接试验样品,然后进行检查以评价焊料界面的完整性(图2)。

　　热冲击试验

　　这一试验的周期为1,000多个,从-40℃到+125℃不等,目的是模拟极端的操作条件和评估合金的耐久性(图3)。该SAK-IN合金表现出强劲的性能,可与行业标准SAK305和SRSB合金相比,没有明显的降解或分层。

　　声显微镜和横截面成像

　　研究人员利用扫描声显微镜,在热冲击试验前后对焊料接头进行了成像。该萨金合金表现出最小的排尿和无分层,与在斯纳金接头观察到的显著裂纹形成了鲜明的对比。测试后的横截面成像进一步证实了声学显微镜的发现,揭示了在SAS-IN样品中保持良好的焊料键和结构完整性。

　　实际影响和今后的工作

　　SAK-IN合金技术的引入对电力电子工业具有深远的意义。通过降低加工温度,该合金降低了包件分层的风险,提高了整体可靠性。这一进展特别关系到汽车和电子移动应用,在这些应用中,有效的热管理和长期耐久性是至关重要的。此外,SAK-IN合金便于使用现有的焊接技术和设备,为制造商提供了成本效益高的过渡。初步测试的结果令人鼓舞,为更广泛的采用和进一步的探索铺平了道路。

　　未来的研究计划是将SAK-IN合金的评价扩展到不同的组装金属化装置和再流环境,包括熔体协助甲酸和传统的再流过程。此外,在一个有代表性的动力循环用例中描述合金的性能,将使人们更深入地了解其长期的可靠性和应用潜力。

　　总结

　　新型SAK-IN焊接合金技术是电力电子领域的重大进步,为解决热管理和机械可靠性的挑战提供了切实有效的方法。通过解决传统TIM和高温焊接合金的局限性,SAK-IN合金在高要求的应用中提高了性能和耐久性。

　　它不仅提高了导热性,降低了分层风险,而且为制造商提供了成本效益高的替代品。随着进一步的研究和开发的继续,SAK-IN合金将在电力电子的未来中发挥关键作用,特别是在汽车和电子移动系统等高应力环境中。这些见解和结论强调了在这一关键领域继续探索和创新的重要性,为更高效和更可靠的电子系统铺平了道路。

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