DirectFET技路板安指南器件构造上的考配上的考机械果

AN1035_____________________________________________________________________DirectFET技术电路板安装指南器件结构……………………….p.2设计方法……………………….p.4装配方法……………………….p.6机械测试结果……………….….p.8p.1AN1035_____________________________________________________________________介绍DirectFET是一种新的表贴功率器件封装技术，主要为板级功率应用而设计。它消除了器件封装中导致高电感和高阻抗，而引起我们不期望的器件热特性和电特性方面问题的。目前有四款DirectFET器件：IRF6601,IRF6602,IRF6603和IRF6604。大小和SO8相似，IRF6601,IRF6603的功率容量远远超过那些同样封装尺寸的其他器件。器件结构DirectFET器件使用了一项创新技术使源极和门极直接连接到芯片的表面（图1）。芯片表面其余部分覆盖钝化层以保护芯片，同时还控制器件和板子之间焊接的位置，形状，尺寸。图１.刨面图漏极的连接是由一个镀银的铜壳粘接到硅片的漏极一侧而形成。铜壳有两块焊接面，虽然一个焊接面就可定位，但是，还是应该将两个焊接面都焊到扳子上。铜壳的形状和尺寸对于器件在热循环测试中老化的敏感性有很大影响。这是通过广泛的建摸和测试得出的结果。为了改进线路板安装的简易性和使用中的可靠性，国际整流器公司生产出了符合严格标准的DirectFET器件。这些高的标准是通过评估了很多种材料和设计而得到的。虽然这样的评估已经得出了好的结果，但对于特定的产品，在这篇应用指南中的建议，可能需要加以调整。器件外形图2和图3给出了DirectFET器件的管脚布局图。管脚相对位置的精度被控制在0.065mm。源极和门极的接触面漏极的接触面稍微凹进去0.050-0.065mm（图4）。每个器件详尽的尺寸和公差，请查看相关的产品数据表。p.2AN1035_____________________________________________________________________图２.IRF6601和IRF6603的焊盘图图３.IRF6602和IRF6604的焊盘图图４.DirectFET器件的接触平面p.3AN1035_____________________________________________________________________包装DirectFET器件以盘带形式供货（图5）。图５.盘带包装。门极处点有小点，离带子上的索引孔昀远。试生产的器件没有门极标志或IR标志，但定位方向是一样的。图６.器件标识。设计方法基板DirectFET技术是为用在环氧玻璃布基板上而设计的，我们所做的评估都是基于这种基板。它经过无镍浸金处理。当然，其他许多种表面处理也是可以的，也都适用于DirectFET器件。线路板设计为了达到低损耗布线，DirectFET器件被设计成适用于焊面定义型的布线。当然，DirectFET也可用焊盘定义型的布线，只是我们没有评估它。p.4AN1035_____________________________________________________________________DirectFET器件的管脚布局和焊面定义型的焊盘有助于有效的线路板设计。大的良好的接触面改善了电特性和热特性。评估显示采用图7和图8中的基板布线形式可以达到昀好的性能。基板上门极和源极每侧扩展了0.050mm，漏极焊盘向内扩展了0.150mm。如图所示每个漏极焊盘又被分成两个焊盘以改善焊接质量。图７.IRF6601和IRF6603的底面图形图８.IRF6602和IRF6604的底面图形DirectFET器件用简单的布线就可实现并联。（图9）国际整流器公司推荐的昀小间距为0.5mm，当然，这个值可以根据具体的装配能力做适当调整。p.5AN1035_____________________________________________________________________图９.DirectFET器件的并联放置装配方法国际整流器公司设计DirectFET器件使其尽可能易于安装。门极和源极接触面凹陷（如图4）有助于克服大焊盘排列无引脚封装经常遇到的焊接鼓包的问题。当然，装配工艺和条件会对装配质量有重大影响。这部分讲述了评估过程中取得良好效果的一些实践。回流焊设备DirectFET器件适合用表贴回流焊设备装配并建议使用对流型，气相型和红外型的。它们对短时间的高温有很好的抵抗力，能适应回流焊高达270的温度设置（器件上测得）。所有成功的装配都没有特殊的要求，仅依照焊料供应商的建议评估和鉴定过的回流焊工艺。焊料国际整流器公司评估了各个厂家的不同种类的焊料。焊料特性的不同，意味着焊接效果有好有坏，但对于DirectFET器件，它们的焊接效果都是可以接受的。焊料的流动性经常用来判断其适合某种焊接。一般来讲，粘性和触变性比较高的焊料用于无引脚封装效果比较好，因为它们很少出现焊接缺失和鼓包。DirectFET器件已经对Sn62、Pb36、Ag2、Sn63和Pb37等几种焊料合金进行了评估。丝网设计器件和底版之间的间隙（即焊接层厚度）会影响到温度和功率循环两方面。DirectFET器件适合的丝网厚度为0.100-0.250mm（0.004-0.010）再薄就不合适了，因为用他们刷出来的焊膏不足以接触到凹进去的门极和源极。丝网应被设计成与板子外形1:1，因为国际整流器公司在评估过程中发现这样不会产生焊接鼓包。然而，由于丝网设计对于控制装配中诸如鼓包和虚焊的p.6AN1035_____________________________________________________________________问题是一个很重要的方面，所以也许有必要考虑轻微减小或者不同的模板设计。当你减小印刷区域时必须注意这样有可能导致焊料不足使得焊接不充分。器件定位当使用0.150或更厚的焊膏时，额外的定位压力可能会增加焊接鼓包的可能性。定位机器的能力各不相同，所以这方面还需要做实验。对于额外的定位压力来说，DirectFET器件的误差由于门极和源极相对于漏极处于第二接触层的位置而被增大。如果发生焊接鼓包问题，也许有必要考虑修改丝网设计，焊料种类或两方面同时考虑。反过来，定位控制或压力不足会引起器件歪斜或漏焊或拖锡。这往往是由于器件的所有焊接面没有和焊料紧密接触。器件应以轴和轴上精度均为0.050的要求准确放置。然而在评估过程中，器件中心距定位点的误差超过0.2mm。修改的方法现代的用于BGA和无引脚封装的拆装台常常使用两段加热方式。首先加热底版，使用常规的热板或热气系统。接下来使用热气系统进行局部加热，常常还附加有不热的空气用来快速冷却替换器件上的焊接处。这改善了焊料凝固构造。器件放置装置或机械臂通常有一个热风拆焊枪作为摘取头的一部分，它还装有真空吸取杯和热电偶。一旦达到焊料的回流温度，真空管自动被驱动，这样就可以将器件从底板上被拆下。这样减少了由于过早扳动器件而造成的损坏。DirectFET器件更换：1.用底板加热段加热到大约100°C。这样可以减少对热风拆焊工具的热量要求。还会减少在接下来的过程中损坏底板或周围元件的风险。2.降低定位臂将拆焊器引向器件上的焊点。当器件和焊锡达到回流温度时，抬起定位臂将器件从底板上拆下。3.用刀片状的拆焊器和吸锡带融化和清除残留的焊锡。小心清理：损坏了阻焊膜会很麻烦。当拆焊的部位清理好后，用小网和胶辊刷上新的焊膏。4.用底板加热段将拆焊部位加热到大约100°C。用定位臂放置新器件，然后然后用拆焊器同时加热器件和焊接处的焊锡到回流温度。放下器件收回定位臂。尽可能快的冷却新的焊点使其凝固良好。p.7AN1035_____________________________________________________________________机械测试结果国际整流器公司对线路板安装的DirectFET器件进行了广泛的机械测试，完全按工业标准和惯例实施。这部分内容总结了弯曲测试，挤压测试，跌落测试和振动测试的结果。如果需要的话还可以提供全面的报告。弯曲测试方法测试依照BSEN60068-2-21:1999TestU:端子和整体安装器件•DirectFET器件对照类似大小的电容进行相关的性能测定。•底板首先通过了90mm刀距测试，由于很少有器件失效，刀距改到70mm。这意味着同样的偏移量形成更小的弯曲半径，增加了张力，减小了失效所需的偏移量（70mm间距上13-14mm的偏移所产生的张力同90mm间距上25mm的偏移量所产生的张力相同）。•所有测试中偏移的速度为1mm/s。•测试板为100*40mmFR42oz厚铜箔表面镍金处理线路板。焊锡用Sn63Pb37。•测试时，器件有纵向安装的，也有横向安装的，有板子前面安装的，也有背面安装的。测试结果图10和11显示了使IRF6601和IRF6602失效所必需的偏移量。注意：阴影区域为底板的失效点没有元件能超过此区域而不失效。图１０.IRF6601的弯曲测试结果p.8AN1035_____________________________________________________________________图１１.IRF6602的弯曲测试结果挤压实验方法•测试在室温下进行。•测试速度为0.5mm/min（20mm/min的返回速度）•测试时间从0.05N的力施加到被测物上那一刻开始。•测试昀终要达到1750N的昀大力。持续压力：压力施加到器件的上部，直到门极开启电压变化±20%。步进的压力：IRF6601：压力升到600N，释放，让器件恢复到自然状态。然后压力升到700N再释放；这个过程以100N的步距重复进行直到器件失效。整个过程始终监测门极电压。IRF6602：重复IRF6601的测试，只是从400N的压力开始，按50N递增。注意：初始压力的设置接近预期的失效点以减少循环的次数，因为这些循环会引起疲劳。测试结果下表给出了导致DirectFET器件失效的平均压力注意：假定重力加速度（1g）为9.81m/s2。p.9AN1035_____________________________________________________________________图12所示的死亡率曲线可以给出当增加施加在器件上面的压力时相应的安装在线路板上的DirectFET器件的生存率。生存率得计算如下：生存率＝(Ndt-Ndf)X100/NdtNdt:：被测器件数Ndf：失效器件数图１２.DirectFET的生存率跌落测试方法本测试依照BS2011:Part2.1Ed:1992TestEd:自由跌落DirectFET器件从不同的高度以五种姿势被扔到一钢块上：1.以器件的短边落地2.以长边落地3.以拐角处落地4.器件平着落地，基板上面着地5.器件平着落地，基板下面着地BS2011规定跌落高度为25mm，50mm，100mm，250mm，500mm，1000mm。结果没有器件失效，国际整流器公司将跌落高度增加到1500mm。结果注意：10只器件都测试了每一种高度和姿势的组合。每只器件跌落20次。p.10AN1035_____________________________________________________________________p.11振动测试方法本测试依照BS2011:Part2.1Fd:1973TestFd:随机振动——普通带宽要求。DirectFET器件进行了三个小时从20Hz到2kHz的随机振动测试经历了3.2grms(31.4m/s2rms)光谱密度值为0.005g2/Hz([0.48m/s2]2/Hz)的加速度。图13给出了带宽滤波器