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MOS管组件焊接不良原因分析与改善建议

2022-11-14  浏览量:49

 

引言

 

因结构设计、工艺缺陷等原因,导致MOS管焊接不良,进而导致组件导热性能不良,影响整体设备的运行,降低产品使用可靠性。本文以MOS管组件焊接不良为例,通过显微分析、切片分析、成分分析等方法,分析其焊接不良原因,并提出改善建议。

 

一、案例背景

 

模块在汽车空调箱中工作,调速模块突然提前温保现象(模块未达到技术要求温度时就提前停止工作),导致鼓风机无法工作。经过初步分析,MOS管组件内部焊接不良影响 MOS管与铜板热传递,使 MOS管工作时的热量不能有效的传递到铜板上。现进行测试分析,查找其焊接不良原因。

 

二、分析过程

 

1. 外观检查

对失效组件及正常组件焊点外观进行光学检查。失效组件及正常组件焊点润湿完好,器件侧及铜板侧未见明显润湿不良现象。失效组件MOS管外侧发现明显溢锡现象,正常组件未见异常现象。

 

失效组件及正常组件焊点外观检查照片

图1. 失效组件及正常组件焊点外观检查照片

 

2. 剖面分析+显微分析+成分分析

为了确认焊点内部焊接是否存在不良,对失效组件及正常组件焊点切片后,利用SEM+EDS对切片后截面进行观察分析,结果如下:

NG组件:如焊接区域存在大面积的空洞,空洞所占比例大于50%。焊接界面两侧金属间化合物IMC生成连续,器件侧及铜板侧均未发现润湿不良现象,排除界面润湿不良对焊点成型不良的影响;

 

NG组件焊点切片后截面SEM图片及EDS能谱图

图2. NG组件焊点切片后截面SEM图片及EDS能谱图

 

OK组件:焊接区域局部同样存在空洞,但空洞面积较失效组件大幅减小。焊接界面金属间化合物IMC生成连续,界面无润湿不良现象。

 

OK组件焊点切片后截面SEM图片及EDS能谱图

图3. OK组件焊点切片后截面SEM图片及EDS能谱图

 

3. 剥离分析+显微分析+成分分析

为了观察失效组件焊点内部状况,将失效组件焊点机械剥离后,利用SEM+EDS对剥离界面进行分析。

失效组件器件剥离后,界面大面积无明显焊锡残留,结果与剖面分析结果完全一致。无焊锡残留区域除发现大量助焊剂残留外,未发现异常元素存在。

以上结果表明,组件焊点不良原因排除异物影响,主要与焊点内部助焊剂无法及时排出有关。

 

NG组件焊点剥离后界面SEM图片及EDS能谱图

图4. NG组件焊点剥离后界面SEM图片及EDS能谱图

 

三、总结分析

 

外观检查发现,失效组件及正常组件焊点润湿完好,器件侧及铜板侧未见明显润湿不良。失效组件MOS管外侧发现明显溢锡现象,正常组件未见溢锡现象。

 

剖面分析结果显示,失效组件焊接区域空洞率高于50%,焊接界面金属间化合物IMC生成连续,器件侧及铜板侧均未发现润湿不良现象,排除界面润湿不良对焊接成型不良的影响;正常组件空洞率则明显降低。焊接空洞不利于热量的传递,故导致晶元结温升高,导致温度保护启动。

 

为了观察焊点内部状况,对失效组件焊点进行剥离观察,结果显示:失效焊点剥离界面发现大面积无焊锡残留现象,即空洞区域。无焊锡残留区域发现大量助焊剂残留。正常情况下,焊接过程中助焊剂会气化挥发,如果焊接过程不利于气体溢出,那么在焊接区域就会形成大面积孔洞,甚至将焊锡挤出。

 

本案属于典型的大焊盘焊接工艺问题,与物料本身工艺适应性无关。

 

四、结论与建议

 

组件导热性能不良的原因为窄间隙焊接过程中,助焊剂挥发产生气体无法及时排出,导致熔融焊锡被气体吹出焊点而形成大面积空洞缺陷,最终影响传热效率。此失效为工艺不良所致。

 

改善建议

窄间隙焊接,建议采用预置焊片焊接工艺或真空焊接工艺代替传统贴片回流焊工艺;优化钢网开孔方式可以在一定程度上降低空洞率。

 

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