Het onderdeel dat in een vermogensmodule het eerst defect raakt, is niet het meest opvallende: het is de onderliggende keramische laag. Als u DBC-keramische substraten voor vermogensmodules inkoopt, kunnen verborgen defecten leiden tot storingen in het veld met aanzienlijke kosten tot gevolg. Hieronder leggen we uit wat u eerst moet controleren.
Defecten die daadwerkelijk storingen veroorzaken
De meeste problemen met DBC-substraten zijn terug te voeren op een klein aantal terugkerende oorzaken. Hoe elk defect eruitziet en waarom het ontstaat:
Luchtbellen (Voids) in de verbindingslaag
Voids zijn fijne luchtbellen die tijdens het hechtproces ingesloten raken tussen het koper en het keramiek. Ze komen vaak voor bij leveranciers van lagere kwaliteit en vormen na slechts enkele thermische cycli al snel de oorsprong van scheuren. Vraag uw leverancier naar het gemeten void-percentage; ga er niet van uit dat dit nul is.
Delaminatie (loslating)
Delaminatie is een verschijnsel waarbij de koperlaag zich begint te scheiden van het keramiek. Omdat koper en keramiek tijdens verhitting een verschillende uitzettingscoëfficiënt hebben, ontstaat er bij elke herhaling van de thermische cyclus spanning op de verbinding. Een van de belangrijkste causes van het uitvallen van DBC-substraten in het veld is delaminatie, vooral bij herhaalde Thermische cyclus tussen -55 °C en +150 °C. Vraag uw leverancier naar het aantal thermische cycli dat hun ontwerp tijdens tests heeft doorstaan.
Keramiekscheuren
Scheuren ontstaan doorgaans aan de uiteinden en hoeken van koperen eilandjes (copper pads), waar de spanning het meest geconcentreerd is, en verspreiden zich vervolgens naar het keramische substraat. Dit is een van de redenen waarom het randontwerp en de koper-lay-out net zo belangrijk zijn als de materiaalselectie. Informeer hiernaar voordat u bestelt.
Zwakke Grensvlakhechting
De reactielaag die koper en keramiek verbindt, vormt zich mogelijk niet op de juiste wijze. Wanneer dit gebeurt, neemt de hechtsterkte vanaf het begin al af, nog voordat de onderdelen daadwerkelijke thermische belasting ondervinden. Dit ontdekt u niet op basis van een certificaat.
Hoe kunt u deze defecten dus voorkomen? Stel de juiste vragen over de zelfinspectie van uw leverancier.
Hoe betrouwbare leveranciers defecten opsporen vóór verzending
U kunt het hechtproces van een leverancier niet zelf controleren, maar u kunt wel om het bewijs vragen dat zij vóór verzending op defecten controleren.
X-Ray Inspectie
Röntgeninspectie is een standaardmethode voor het opsporen van luchtbellen in verbindingslagen die van buitenaf onzichtbaar zijn. Hoewel het een snelle en beproefde methode is, is er één beperking die u moet kennen. Dit betekent dat zuivere hechtingsdefecten zonder daadwerkelijke spleten niet noodzakelijkerwijs worden gedetecteerd door röntgeninspectie.
Scanning Acoustic Microscopy (SAM / Ultrasone microscopie)
SAM maakt gebruik van ultrasone geluidsgolven om het inwendige van het substraat te onderzoeken en spoort scheuren, voids en delaminatie die röntgeninspectie vaak over het hoofd ziet. Deze methode wordt op grote schaal gebruikt bij DBC- en AMB-substraten in het domein van de vermogenselektronica en kenmerkt zich door het vermogen om de mate van degradatie van het verbindingsgebied te meten.
Visuele Inspectie en Microcoupe-onderzoek (Dwarsdoorsnede)
Bij observatie van een dwarsdoorsnede onder de microscoop kan het verbindingsgrensvlak direct worden gecontroleerd. Als er een donkere spleet of een ongelijkmatige oxidelaag zichtbaar is, is het hechtproces defect. Het aanpassen van de montagetemperatuur zal dit niet verhelpen.
Nu u weet waar u op moet letten, is dit precies wat u moet vragen voordat u een bestelling plaatst.
Inkoopchecklist voor de aanschaf van DBC-keramische substraten
Of u nu een leverancier voor een nieuw DBC-keramisch substraat wilt goedkeuren of een bestaande leverancier hercertificeert, het is de moeite waard om vooraf de volgende vragen te stellen:
-
Kunt u een röntgen- of SAM-inspectierapport van de daadwerkelijke batch overleggen, in plaats van alleen een algemeen bekwaamheidscertificaat?
-
Wat is het percentage holtes (void rate) op het grensvlak van koper en keramiek? En als de drempelwaarde wordt overschreden, wordt de batch dan als defect afgekeurd?
-
Tegen hoeveel thermische cycli was dit ontwerp bestand tijdens uw testen?
-
Voert u microscopisch microcoupe-onderzoek (dwarsdoorsnede) uit? Is het mogelijk om de dwarsdoorsnede van het monster te bekijken?
-
Over welke certificeringen beschikt uw faciliteit momenteel?
-
Wat is het verschil in levertijd (lead time) tussen een monsterserie en een massaproductieserie?
-
Can you supply custom thickness, copper layer options or minimum order quantity (MOQ) that fits perfectly with my design rather than the standard size?
Acceptatiedrempels die u moet kennen
Dit is wat u moet weten voordat u een batch goedkeurt.
Er is geen eenduidige industriestandaard voor de drempelwaarden van het holte-oppervlak (void area) bij DBC-bonding. Elke leverancier hanteert zijn eigen acceptatiecriteria. Informeer rechtstreeks bij uw leverancier naar hun holtefractie en zorg dat u dit schriftelijk ontvangt.
Keur niet een hele batch af vanwege één slecht monster. Als een steekproef zakt, test deze dan opnieuw of eis een 100%-inspectie.
Leg afspraken schriftelijk vast en vertrouw niet op mondelinge beloften. Bevestig de levertijd, defectgrenzen en vervangingsvoorwaarden vóórdat u bestelt.
Veelgestelde vragen
Hoe lang mag het duren voordat een leverancier de inspectieresultaten verstrekt?
De meeste goede leveranciers kunnen u binnen een paar werkdagen een röntgen- of SAM-rapport verstrekken. Als een leverancier er weken over doet of weigert te reageren, is dit een waarschuwingssignaal.
Hoe weet u of de inspectieclaims van een leverancier waar of onwaar zijn?
Vraag om de ruwe röntgen- of SAM-inspectiegegevens, niet alleen om een "goedgekeurd/afgekeurd"-samenvatting (pass/fail).
Wat hoort de levertijd (lead time) van een leverancier van DBC-keramische substraten te zijn?
Voor standaardbatches geven de meeste leveranciers van keramische substraten voor DBC een levertijd van 2 tot 6 weken op. Bestel pas nadat u een schriftelijke toezegging voor een definitieve datum heeft ontvangen.
Is het mogelijk om een monster te ontvangen voordat er een bestelling voor een volledige batch wordt geplaatst?
Ja. Een goede fabrikant van DBC-keramische substraten zal een klein monster verstrekken om te testen voordat een volledige serie wordt geproduceerd.
Wat gebeurt er als een batch na levering niet door de inspectie komt?
Een betrouwbare leverancier zal de batch vervangen of een creditnota verstrekken. Leg dit schriftelijk vast voordat u bestelt, niet pas nadat er een probleem ontstaat.
Welke gegevens moet ik bijhouden voor alle batches die ik ontvang?
Voor standaardbatches geven de meeste leveranciers van keramische substraten voor DBC een levertijd van 2 tot 6 weken op. Bestel pas nadat u een schriftelijke toezegging voor een definitieve datum heeft ontvangen.
Is er voor kritische toepassingen een lagere drempelwaarde voor de holtefractie (void rate) die onderhandeld kan worden?
Exact. Als u uw vermogensmodule gebruikt in EV-, medische of lucht- en ruimtevaarttoepassingen, vraag dan om een strengere drempelwaarde dan de standaard van uw leverancier. Striktere acceptatiecriteria zullen leiden tot hogere kosten.
Laatste gedachten
Hoewel DBC-keramische substraten er op het datablad eenvoudig uitzien, ontstaan veel defecten stilzwijgend tijdens het hechtproces en worden ze pas ontdekt wanneer ze in het veld falen. Vraag vóór uw volgende bestelling niet alleen om een certificaat, maar ook om daadwerkelijke inspectiegegevens. Hulp nodig bij het selecteren van leveranciers? GGS Ceramic’s het engineeringteam kan uw specificaties en inspectie-eisen gedetailleerd doornemen.