UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PARMA Dipartimento di Ingegneria dellInformazione DEAS Devices, Electronic Applications and Sensors A NALISI N UMERICA E S ETUP S PERIMENTALE PER LA V ALUTAZIONE DEL D EGRADO DELLE S ALDATURE DA S TRESS T ERMO - MECCANICO N ICOLA D ELMONTE, P AOLO C OVA, F RANCESCO G IULIANI WORKSHOP ESPERIMENTO APOLLO – M ILANO 18/12/2012

Studio del degrado di saldature lead-free per fatica termo-meccanica Cicli accelerati di potenza su MOSFET Stato on Stato off Stress termo-meccanico Saldatura di un piedino : singolo campione Studio di carattere statistico Numero sufficientemente elevato di campioni 2

Studio del degrado di saldature lead-free per fatica termo-meccanica Dispositivo in package SO-8 su scheda saldatura Low Cycles Fatigue, LCF High Cycles Fatigue, HCF N° di cicli al guasto 10 5 Si usa un metodo basato sulle tensioni (stress) Si usa un metodo basato sulle deformazioni (strain) Basquin Coffin-Manson Valide per carichi assiali 3

Ricerca del numero di cicli al guasto Nel caso di strutture con carichi multiassiali si può seguire un approccio di caso peggiore: 1.Individuazione della saldatura con il grado di plasticizzazione più elevato (ricerca dello stress di Von Mises più elevato) è la giunzione meccanica con la più alta probabilità di sviluppo di una crepa 2.nella giunzione individuata al punto precedente, individuazione della superficie del saldante con lo stress di Von Mises medio più elevato, ovvero ricerca della superficie con il maggior grado di plasticizzazione 3.Ricerca della massima deformazione sulla superficie individuata al punto 2 4.Applicazione della legge di Coffin-Manson con la deformazione individuata 4

Modello 3D di un SO-8 bondless copper drain contact copper source contact silicon die resin lid Geometria delle saldature quanto più fedele possibile alla realtà 5

Simulazioni FEM di cicli di potenza preliminari 6

Modelli da implementare Nuovi dispositivi bondless Considerare il creep Package LFPAK drainsource gate Package SuperSO8 Tecnologia Infineon OptiMOS2 Primo dispositivo considerato S25NH3LL in package SO-8 Non più in commercio 7 NXP PSMN011-30YLC Infineon BSO052N03S

Il banco di stress 8

La scheda di stress Layout scheda PCB 4,5 cm V cc RsRs RgRg Ogni MOSFET pensato come unità termicamente indipendente 16 MOSFET sulla scheda PCB (16x7=112 campioni ogni scheda) CELLA Cella 9