Деталь, которая первой выходит из строя в силовом модуле, — не самая заметная. Это керамический слой, расположенный снизу. Если вы закупаете керамические подложки DBC для силовых модулей, скрытые дефекты могут привести к сбоям при эксплуатации и значительным финансовым потерям. Ниже описано, что необходимо проверить в первую очередь.
Дефекты, которые действительно вызывают сбои
Большинство проблем с подложками DBC сводится к нескольким постоянным факторам. Ниже приведено описание каждого из них и причины их возникновения:
Пустоты (Voids) в связующем слое
Пустоты (voids) представляют собой микроскопические пузырьки, застрявшие между медью и керамикой в процессе спекания. Они часто встречаются у поставщиков с низким уровнем качества и всего через несколько термоциклов становятся источником образования трещин. Запросите у своего поставщика измеренный уровень пустот — не предполагайте, что он равен нулю.
Деламинация (расслоение)
Деламинация (расслоение) — это явление, при котором медный слой начинает отделяться от керамики. Поскольку медь и керамика имеют разные коэффициенты расширения при нагреве, при каждом повторении термического цикла в месте соединения возникает напряжение. Одной из основных причин выхода подложек DBC из строя в реальных условиях эксплуатации является деламинация, особенно при repeated термоциклирование в диапазоне от -55 °C до +150 °C. Узнайте у своего поставщика, какое количество термоциклов выдержала их конструкция в ходе испытаний.
Растрескивание керамики
Трещины обычно возникают на концах и в углах медных контактных площадок (copper pads), где напряжение наиболее концентрировано, и затем распространяются на керамическое основание. Это одна из причин, почему дизайн кромок и топология медного слоя так же важны, как и выбор материала. Уточните этот вопрос перед оформлением заказа.
Слабая межфазная адгезия (Слабое межфазное соединение)
Die Reaktionsschicht, die Kupfer und Keramik verbindet, bildet sich möglicherweise nicht ordnungsgemäß aus. In diesem Fall nimmt die Bindungsfestigkeit von Anfang an ab – noch bevor die Bauteile einer tatsächlichen thermischen Belastung ausgesetzt werden. Dies lässt sich nicht anhand eines Zertifikats feststellen.
Как же избежать появления этих дефектов? Задайте правильные вопросы о системе самоконтроля вашего поставщика.
Как надежные поставщики выявляют дефекты до отгрузки
Вы не можете лично наблюдать за процессом спекания у поставщика, но вправе запросить доказательства проведения проверки на наличие дефектов перед отгрузкой.
X-Ray Инспекция
Рентгеновский контроль является стандартным методом обнаружения пустот в связующих слоях, не видимых снаружи. Хотя это быстрый и хорошо зарекомендовавший себя метод, существует одно ограничение, о котором следует знать. Это означает, что чистые дефекты адгезии без реальных зазоров не обязательно обнаруживаются с помощью рентгеновского контроля.
Сканирующая акустическая микроскопия (САМ / SAM)
САМ использует ультразвук для исследования внутренней структуры подложки и выявляет трещины, пустоты и деламинацию которые рентгеновский контроль часто пропускает. Этот метод широко применяется для подложек DBC и AMB в области силовой электроники и отличается способностью измерять степень деградации зоны соединения.
Визуальный контроль и исследование микрошлифов (поперечного среза)
При исследовании поперечного среза под микроскопом можно напрямую проверить границу соединения. Если виден темный зазор или неравномерный оксидный слой, процесс спекания выполнен с дефектом. Изменение температуры сборки не исправит ситуацию.
Теперь, когда вы знаете, на что обращать внимание, вот что именно следует спросить перед оформлением заказа.
Чек-лист по закупкам керамических подложек DBC для отдела снабжения
Независимо от того, квалифицируете ли вы нового поставщика керамических подложек DBC или проводите ресертификацию уже действующего, настоятельно рекомендуется заранее задать следующие вопросы:
-
Можете ли вы предоставить отчет о рентгеновском или САМ-контроле конкретной партии вместо общего сертификата соответствия?
-
Каков уровень пустот (void rate) на границе раздела меди и керамики? Также, если пороговое значение превышено, выбраковывается ли вся партия?
-
Сколько термоциклов выдержала эта конструкция платы в ходе ваших испытаний?
-
Проводите ли вы микроскопический анализ поперечного среза (микрошлифа)? Можно ли увидеть поперечное сечение образца?
-
Какими сертификатами в настоящее время обладает ваше предприятие?
-
Какова разница в сроках выполнения заказа (lead time) для опытной партии (образцов) и серийной партии?
-
Can you supply custom thickness, copper layer options or minimum order quantity (MOQ) that fits perfectly with my design rather than the standard size?
Пороговые значения приемки, о которых вам следует знать
Вот что вам следует знать перед тем, как подписать акт приемки партии.
Не существует единого отраслевого стандарта для пороговых значений площади пустот (void area) при DBC-пайке/спекании. Каждый поставщик устанавливает свои собственные критерии приемки. Запросите у вашего поставщика напрямую информацию об их уровне пустот и получите ее в письменном виде.
Не бракуйте всю партию из-за одного дефектного образца. Если случайная выборка не прошла контроль, проведите повторное тестирование или запросите 100% контроль.
Фиксируйте договоренности письменно, а не устно. Подтверждайте сроки выполнения заказа, допустимые уровни дефектов и условия замены до оформления заказа.
Часто задаваемые вопросы
Сколько времени должно требоваться поставщику для предоставления результатов контроля?
Большинство надежных поставщиков смогут предоставить вам отчет рентгеновского контроля или SAM-сканирования в течение нескольких рабочих дней. Если поставщику требуются недели или он отказывается отвечать, это тревожный сигнал.
Как узнать, являются ли заявления поставщика о результатах контроля истинными или ложными?
Запрашивайте необработанные записи рентгеновского контроля или SAM-сканирования, а не только сводный отчет «соответствует/не соответствует» (pass/fail).
Каковым должен быть срок выполнения заказа (lead time) у поставщика керамических подложек DBC?
Для стандартных партий большинство поставщиков керамических подложек для DBC указывают срок выполнения от 2 до 6 недель. Оформляйте заказ только после получения письменного подтверждения с точной датой.
Можно ли получить образец до размещения заказа на полную партию?
Да. Надежный производитель керамических подложек DBC предоставит небольшой образец для тестирования перед запуском полной партии.
Что происходит, если партия не проходит контроль после доставки?
Надежный поставщик заменит партию или предоставит кредит (компенсацию). Оформите это письменно до размещения заказа, а не после того, как возникнет проблема.
Какие записи мне необходимо вести для всех получаемых партий?
Для стандартных партий большинство поставщиков керамических подложек для DBC указывают срок выполнения от 2 до 6 недель. Оформляйте заказ только после получения письменного подтверждения с точной датой.
Существует ли более низкий пороговый уровень пустот (void rate) для критически важных применений, который можно согласовать?
Именно так. Если ваш силовой модуль используется в электромобилях (EV), медицинском оборудовании или аэрокосмической отрасли, запрашивайте более строгий порог, чем стандартный у вашего поставщика. Более жесткие критерии приемки приведут к увеличению стоимости.
Заключительные мысли
Хотя керамические подложки DBC выглядят простыми в техническом паспорте, многие дефекты незаметно возникают в процессе спекания и обнаруживаются только после сбоя в реальных условиях эксплуатации. Перед оформлением следующего заказа запрашивайте не просто сертификат, а фактические данные контроля. Нужна помощь в отборе поставщиков? GGS Ceramic’s инженерная группа может детально изучить ваши технические условия и требования к контролю.