加強焊點可靠性的重要意義

1、加強焊點可靠性的重要意義    摘要：實現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計和具體實現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設(shè)計濾波器帶寬進行控制，并利用ADS軟件進行電路設(shè)計和仿真驗證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte圖1a.PolarPAK上部。     &

2、#160;       圖1b.PolarPAK下部。PolarPAK是業(yè)界第一款塑封雙面冷卻的MOSFET封裝，適用于服務(wù)器、VRM模塊、圖形卡、POL轉(zhuǎn)換器和電源等大電流切換應(yīng)用。PolarPAK的命名是源于其從MOSFET的上下封裝表面進行冷卻的能力。與標(biāo)準(zhǔn)SO-8或PowerPAK®SO-8封裝相比，當(dāng)存在氣流或附加一個散熱器時，可以減少封裝熱阻和增加最大漏極電流額定值，以實現(xiàn)更高的電流密度。這種封裝的獨特結(jié)構(gòu)還具有制造、焊點可靠性和固定占位面積的優(yōu)勢。PolarPAK技術(shù)的眾多優(yōu)勢為尋求可靠、高性能穩(wěn)壓解

3、決方案為要求最嚴(yán)格的微處理器供電的設(shè)計人員提供了一種得天獨厚的優(yōu)勢。創(chuàng)新的封裝構(gòu)造為了優(yōu)化性能，PolarPAK采用了一種創(chuàng)新的封裝設(shè)計。片芯夾在一個獨特的引線架結(jié)構(gòu)當(dāng)中。漏極引線架是一個倒轉(zhuǎn)的杯型，在封裝的兩個外緣端接到漏極接點。頂面暴露在環(huán)境當(dāng)中，這也有利于安裝一個散熱器。在漏極頂部，片芯是顛倒的，源極和柵極直接端接到相應(yīng)的源極和柵極引線架。因此，每個接線端有相當(dāng)大的電氣連接和熱連接接觸面積。大的端接也可以加強焊點的可靠性，我們將在下面進行解釋。獨特的封裝設(shè)計使每個端接都可利用封裝的整個寬度。這種配置有利于器件的平行，而無需增加PCB布局的復(fù)雜性。此外，擴展到封裝邊緣的焊墊有助于實現(xiàn)焊點的

4、視覺檢測，而無需X射線檢測。PolarPAK還可提供固定的焊點占位面積。不管片芯內(nèi)部尺寸如何，每個封裝都是同樣的布局。這意味著可以更換不同的器件來實現(xiàn)期望的性能。電路板布局和制造方面的優(yōu)勢當(dāng)采用平行的PolarPAK封裝時，PC板布局就可以大大簡化。如圖所示2，“推薦的最小焊點布局”易于在一個垂直列上平行擺放元件而沒有任何問題。在需要的時候可以使用銅線跡或銅擴散。對于銅擴散，Vishay提供了最小的焊點尺寸推薦標(biāo)準(zhǔn)，可以用來開發(fā)阻焊膜，以保證制造期間精確的元件擺放和焊接。圖2. 推薦的最小焊點布局。Vishay通過與一家合同制造商實施DOE（實驗設(shè)計）建立了PolarPAK的可制造性。針對16

5、層PCB的PolarPAK組裝建立了與制造環(huán)境有關(guān)的各種參數(shù)。表1列出了在無鉛（Pb）和錫鉛焊接工藝中獲得令人滿意效果的實驗得出的焊接溫度曲線和模板信息。有關(guān)其他詳細(xì)信息請參見PolarPAK AN611無鉛焊接工藝。表1. PolarPAK推薦的焊接工藝參數(shù)。設(shè)計元件類型溫度曲線模板厚度孔徑設(shè)計信號最佳CAPolarPAKRSS5密耳元件其他推薦標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)如下：·  最小可接受長寬比（最小開孔/模板厚度）為2.5·  最小可接受面積比（L×W/2（L+W）×T）為0.8·  圖3所示的RSS溫度曲線是為無鉛（Pb）

6、焊料推薦的·  圖4所示的RSS溫度曲線是為錫鉛焊料推薦的圖3. 無鉛（Pb）焊料的RSS溫度曲線峰值溫度：237 ；220 以上的時間：30秒；均熱時間（120-200 ）：115秒圖4. 錫鉛（Sn63/Pb37）焊料的RSS溫度曲線峰值溫度：215 ；183 以上的時間：54秒；均熱時間（140-160 ）：54秒焊點可靠性PolarPAK的焊點可靠性是根據(jù)業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)IPC-9701指南確定的。一項對42個元件樣本量實施的研究表明，在7個PC電路板組件上分布有10個返修元件。這個實驗選出的一個最差情況的PCB設(shè)計是按照IPC-9701要求采用3.175 mm 0.125

7、英寸 厚度的16層FR-4電路板的設(shè)計（圖3）。每個層疊由兩層35 m0.5盎司的外部銅層，以及14層12 m 0.5盎司的內(nèi)部銅層組成。FR-4的每個絕緣層之間為231 m 7,709 µin。來自兩側(cè)的交替信號、電源和接地層的每層分別有40 %、70 %和70 %的銅覆蓋。PCB上的菊鏈布局概念有利于每個焊點的電阻測量。按照IPC-9701指南的要求，每個焊點需按照圖5所示的溫度曲線承受3,000次溫度循環(huán)。PolarPAK通過了3,000次循環(huán)測試，焊點失效為零，滿足了由IPC規(guī)定的無鉛（Pb）焊點指南的要求。（該項研究的其他詳細(xì)信息請參閱AN610“PolarPAK焊點的可靠

8、性?！保﹫D5. 溫度循環(huán)曲線TC1 0 至100 容差，±5 。表2. PolarPAK焊點可靠性測試總結(jié)。封裝第一個失效失效數(shù)失效百分比PolarPAK 00%在線評估仿真的在線效率評估表明，PolarPAK可以用來實現(xiàn)比PowerPAK SO-8封裝更高的電流密度，可以將熱量傳送到PCB上。圖6是PolarPAK（一個高壓側(cè)和一個低側(cè)MOSFET）與PowerPAK SO-8（兩個高壓側(cè)和兩個低側(cè)MOSFET）在12 VIN和1.2 VOUT降壓式轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中的對比。通過從每相四個元件減少到兩個元件提高了效率，同時縮小了空間。圖7所示為PolarPAK在高達(dá)1 MHz的

9、各種開關(guān)頻率工作的性能。隨著頻率的增加，可以實現(xiàn)更小的電路板，PolarPAK仍然是一種非常具有吸引力解決方案。圖6. PolarPAK與PowerPAK SO-8效率的對比。圖7. 在各種開關(guān)頻率下PolarPAK的效率。熱分析我們使用Vishay網(wǎng)站上一種可用的在線熱仿真工具ThermaSim研究了PolarPAK的散熱性能。我們的比較分析使用了一個FR4雙面PBC，雙面銅層尺寸為1英寸×1英寸×0.062英寸，約為1 2盎司。我們規(guī)定的功耗值為2 W，環(huán)境溫度為100 。變量是散熱器和氣流。兩個仿真的散熱器分別采用尺寸為5 mm×6 mm和25 mm×25 mm的鋁板，兩者的厚度均為3 mm。圖8顯示的圖形表示熱仿真的結(jié)果。比較表明，使用有散熱器和氣流的PolarPAK的優(yōu)勢相當(dāng)明顯。使用有散熱器和氣流的雙面冷卻封裝能夠在大電流操作期間，有效地保持MOSFET冷卻器的結(jié)點溫度。圖8.采用不同散熱器和氣流的PolarPAK的散熱性能。結(jié)論Pol