Część, która ulega awarii jako pierwsza w module mocy, nie jest tą najbardziej widoczną — to leżąca spodu warstwa ceramiczna. Jeśli zamawiasz podłoża ceramiczne DBC do modułów mocy, ukryte wady mogą prowadzić do awarii w warunkach roboczych i generować znaczne koszty. Poniżej wyjaśniamy, co należy zweryfikować w pierwszej kolejności.
Wady, które rzeczywiście powodują awarie
Większość problemów z podłożami DBC sprowadza się do kilku powtarzających się usterek. Oto jak wygląda każda z nich i dlaczego powstaje:
Pustki (Voids) w warstwie wiążącej
Pustki (voids) to drobne pęcherzyki uwięzione między miedzią a ceramiką podczas procesu łączenia. Są one powszechne u dostawców oferujących niższą jakość i już po zaledwie kilku cyklach termicznych często stają się zarodkiem pęknięć. Poproś swojego dostawcę o zmierzony wskaźnik pustek — nie zakładaj, że wynosi on zero.
Delaminacja (rozwarstwienie)
Delaminacja to zjawisko, w którym warstwa miedzi zaczyna oddzielać się od ceramiki. Ponieważ miedź i ceramika mają różne współczynniki rozszerzalności podczas nagrzewania, przy każdym powtórzeniu cyklu termicznego na złącze wywierane jest naprężenie. Jedną z głównych przyczyn awarii podłoży DBC w warunkach roboczych jest delaminacja, szczególnie przy powtarzających się cykle termiczne od -55°C do +150°C. Zapytaj swojego dostawcę o liczbę cykli termicznych, jaką ich konstrukcja wytrzymała podczas testów.
Pękanie ceramiki
Pęknięcia mają tendencję do powstawania przy krawędziach i narożnikach pól miedzianych (copper pads), gdzie naprężenia są najbardziej skoncentrowane, a następnie rozprzestrzeniają się na korpus ceramiczny. Jest to jeden z powodów, dla których projekt krawędzi oraz układ miedzi są równie istotne, jak dobór materiału. Zapytaj o tę kwestię przed złożeniem zamówienia.
Słabe Wiązanie Międzyfazowe
Warstwa reakcyjna łącząca miedź z ceramiką może nie uformować się prawidłowo. W takim przypadku siła wiązania jest obniżona od samego początku, zanim jeszcze elementy zostaną poddane rzeczywistym naprężeniom termicznym. Nie wykryjesz tego na podstawie certyfikatu.
Jak więc uniknąć tych wad? Zadaj odpowiednie pytania dotyczące kontroli wewnętrznej dostawcy.
Jak niezawodni dostawcy wykrywają wady przed wysyłką
Nie możesz osobiście nadzorować procesu łączenia u dostawcy, ale możesz zażądać dowodu, że usterki są sprawdzane przed wysyłką.
X-Ray Kontrola
Inspekcja rentgenowska (X-ray) jest standardową metodą wykrywania pustek w warstwach wiążących, które są niewidoczne z zewnątrz. Chociaż jest to metoda szybka i dobrze ugruntowana, istnieje jedno ograniczenie, o którym należy wiedzieć. Oznacza to, że czyste wady adhezji bez rzeczywistych szczelin niekoniecznie są wykrywane podczas inspekcji rentgenowskiej.
Skaningowa Mikroskopia Akustyczna (SAM)
SAM wykorzystuje ultrasondy do obserwacji wnętrza podłoża, wykrywając pęknięcia, pustki oraz delaminację które inspekcja rentgenowska często pomija. Jest szeroko stosowana w przypadku podłoży DBC i AMB w dziedzinie elektroniki mocy i charakteryzuje się zdolnością do pomiaru stopnia degradacji obszaru wiązania.
Inspekcja Wizualna i Zgładów Mikroskopowych (Przekrojów Poprzecznych)
OBSERWACJA PRZEKROJU POPRZECZNEGO pod mikroskopem pozwala bezpośrednio sprawdzić interfejs połączenia. Jeśli widoczna jest ciemna szczelina lub nierównomierna warstwa tlenku, proces łączenia jest wadliwy. Regulacja temperatury montażu tego nie naprawi.
Teraz, gdy wiesz, na co zwracać uwagę, oto dokładnie to, o co powinieneś zapytać przed złożeniem zamówienia.
Lista kontrolna zakupów dla podłoży ceramicznych DBC
Niezależnie od tego, czy próbujesz zatwierdzić dostawcę nowego podłoża ceramicznego DBC, czy też przeprowadzasz ponowną certyfikację dotychczasowego dostawcy, warto z wyprzedzeniem zadać następujące pytania:
-
Czy możecie przedstawić raport z inspekcji rentgenowskiej lub SAM konkretnej партии zamiast tylko ogólnego certyfikatu zgodności?
-
Jaki jest poziom pustek (void rate) na styku miedzi i ceramiki? Czy w przypadku przekroczenia wartości progowej partia jest odrzucana jako wadliwa?
-
Ile cykli termicznych wytrzymał ten projekt płytki podczas Państwa testów?
-
Czy wykonują Państwo mikroskopową analizę przekroju poprzecznego (zgładów mikroskopowych)? Czy jest możliwość wglądu w przekrój poprzeczny próbki?
-
Jakie certyfikaty posiada obecnie Państwa zakład?
-
Jaka jest różnica w czasie realizacji (lead time) między partią próbną a partią produkcji masowej?
-
Can you supply custom thickness, copper layer options or minimum order quantity (MOQ) that fits perfectly with my design rather than the standard size?
Progi akceptacji, które powinieneś znać
Oto kilka rzeczy, które powinieneś wiedzieć, zanim zatwierdzisz partię:
Nie istnieje jeden standard branżowy dotyczący progów powierzchni pustek (void area) w procesie łączenia DBC. Każdy dostawca ustala własne kryteria akceptacji. Zapytaj swojego dostawcę bezpośrednio o jego poziom pustek i uzyskaj tę informację na piśmie.
Nie odrzucaj całej партии z powodu jednej wadliwej próbki. Jeśli losowa próbka nie przejdzie testu, powtórz badanie lub zażądaj 100% inspekcji.
Ustalenia uzyskuj na piśmie, a nie w formie ustnych obietnic. Przed złożeniem zamówienia potwierdź czas realizacji, limity wad oraz warunki wymiany.
Najczęściej zadawane pytania
Ile czasu powinno zająć dostawcy dostarczenie wyników inspekcji?
Większość dobrych dostawców będzie w stanie dostarczyć raport X-ray lub SAM w ciągu kilku dni roboczych. Jeśli dostawca potrzebuje na to tygodni lub odmawia odpowiedzi, jest to sygnał ostrzegawczy.
Jak sprawdzić, czy deklaracje inspekcyjne dostawcy są prawdziwe, czy fałszywe?
Żądaj surowych rekordów z inspekcji X-ray lub SAM, a nie tylko podsumowania „pozytywny/negatywny” (pass/fail).
Jaki powinien być czas realizacji (lead time) у dostawcy podłoży ceramicznych DBC?
W przypadku standardowych partii większość dostawców podłoży ceramicznych dla DBC podaje czas realizacji od 2 do 6 tygodni. Zamawiaj dopiero po otrzymaniu pisemnego zobowiązania z ostatecznym terminem.
Czy jest możliwe uzyskanie próbki przed złożeniem zamówienia na pełną partię?
Tak. Dobry producent podłoży ceramicznych DBC dostarczy małą próbkę do testów przed rozpoczęciem pełnej serii produkcyjnej.
Co się stanie, jeśli partia nie przejdzie inspekcji po dostawie?
Niezawodny dostawca wymieni partię lub udzieli korekty/kredytu. Uzyskaj to na piśmie przed złożeniem zamówienia, a nie po pojawieniu się problemu.
Jakie rekordy/dokumenty muszę prowadzić dla wszystkich otrzymywanych partii?
W przypadku standardowych partii większość dostawców podłoży ceramicznych dla DBC podaje czas realizacji od 2 do 6 tygodni. Zamawiaj dopiero po otrzymaniu pisemnego zobowiązania z ostatecznym terminem.
Czy istnieje niższy próg dopuszczalnego poziomu pustek (void rate) dla zastosowań krytycznych, który podlega negocjacjom?
Dokładnie tak. Jeśli używasz swojego modułu mocy w pojazdach elektrycznych (EV), medycynie lub branży lotniczo-kosmicznej, zażądaj surowszego progu niż standardowy u Twojego dostawcy. Bardziej rygorystyczne kryteria odbioru przełożą się na wyższy koszt.
Ostatnie przemyślenia
Chociaż podłoża ceramiczne DBC wyglądają prosto w karcie katalogowej, wiele wad powstaje po cichu podczas procesu łączenia i zostaje wykrytych dopiero po awarii w warunkach roboczych. Przed złożeniem następnego zamówienia zażądaj nie tylko certyfikatu, ale także rzeczywistych danych z inspekcji. Potrzebujesz pomocy w weryfikacji dostawców? GGS Ceramic’s zespół inżynieryjny może szczegółowo przeanalizować Twoje specyfikacje i wymagania dotyczące inspekcji.