我们常用的是SAC305焊料或成本更高的SAC405焊料,其颗粒尺寸为3号或4号类型。锡膏通常含约88.5%的金属焊料。我们推荐使用含免清洗焊剂的焊锡膏,并特别建议清洗免清洗焊剂。
放置晶片
我们推荐晶片上的焊条与印刷电路板上的焊盘之间的对位偏差为50µm或以下,但把晶片放置在印刷电路板时则可以容忍高达100µm的对位偏差,因为软焊料的表面张力将自动对齐晶片和焊盘。
我们建议不去校正放置晶片时的偏移,因为校正这个偏移将会涂抹晶片下的锡膏,导致桥接和焊料起球状。
组装指南
使用氮化镓场效应晶体管的用户通常可以采用标准的表面装贴技术,将场效应晶体管成功地放置在标准的印刷电路板上。但在实验室工作的设计工程师还是希望使用最快捷和可靠的方法裝贴器件。我们会在下篇文章里详述一个可靠及具高良品率的技术来放置小批量器件。
晶片存储要求
氮化镓晶体管被包装在真空、密封式的防静电袋内,具最高等级的1级湿度灵敏度(MSL1)。所以在我们打开这个真空密封的袋子时,不需要特别处理去保护器件。
使用散热器冷却
与相同尺寸的功率MOSFET相比,氮化镓场效应晶体管可以传导更大的电流。一般来说,由于具有更低的导通电阻,并且这种导通电阻具更低的温度系数,因此不需要额外的散热措施。然而,如果希望实现更大的功率密度,我们可以像图1那样将散热器直接安装在氮化镓器件的背面,将散热器的电气连接至下面的晶片的源极,或由导热但绝缘的材料与晶片隔离。为了避兔对器件造成机械性的损坏,装贴时必需确保晶片不发生倾斜或把倾斜度减至最小。我们并建议在器件和散热器之间使用散热垫,如3M的热传导界面垫、Dow Corning的热界面垫和薄膜,或Bergquist Gap的散热垫。
图1：装贴在印刷电路板并带散热器的氮化镓场效应晶体管
检查措施
氮化镓场效应晶体管具有很强的机械鲁棒性,并在批量装配中展示出很高的良品率。然而,如果没有采取儿个基本的预防措施,以确保足够回流焊、减少晶片过度倾斜和避免残留未干透的焊剂,损坏仍然可以发生。
足够的回流焊
虽然氮化镓场效应晶体管的设计使得可以通过目视检查回流锡膏,就像所有晶片级的封装一样,我们判断器件是否正常地回流的最佳方法是拍摄X射线照片。图2和图3显示采用胶粘焊剂(不具额外焊料)和用焊料钢版工艺来组装的器件的X射线图像。我们发现焊料钢版的工艺通常产生较少空洞,但两种工艺都可以得出具可靠性能的产品。
图2：经过胶粘焊剂工艺而组装的氮化镓场效应晶体管的X射线图像。
图3：经过焊料钢版工艺而组装的氮化镓场效应品体管的X射线图像。
晶片倾斜和枝状结品
在产品测试和装配工艺过程中,我们发现使用焊料钢版工艺做回流焊后导致几个器件倾斜(见图4)。导致晶片倾斜的三个主要原因是：
(1)锡膏厚度不均匀;
(2)在回流焊期间振动太大；
(3)温度曲线没有经过优化；
(4)过大阻焊层和或过大焊锡版模。
图4：焊锡后的氮化镓场效应晶体管的晶片发生严重倾斜的侧示图。
如果装配工艺使用了需要清洗的焊料,那么晶片倾斜可能阻碍清洗过程,导致焊剂堵塞晶片的下面区域。这种残留的焊剂将导致枝状结晶迅速形成(图5)及引致器件失效。因此,我们建议使用低离子成份的免清洗焊剂及清洗无需清洗的焊料。
图5：与残留焊剂接触后,氮化镓场效应晶体管上所形成的枝状结晶。
如果没有晶片的底部填充物,在放置晶片及回流时,组装工艺使用焊剂把元件放置在印刷电路板上,需待焊剂完全干透后,我们才可以施加偏压。如图5所示,在施加偏压时如果焊剂并没有干透,枝状结晶可以在几秒内形成。我们可以将印刷电路板在150摄氏度下加热三十分钟,或在125摄氏度下加热六十分钟,把焊剂烤干。
总结
氮化镓场效应晶体管给电源转换工程设计师提供了硅基功率MOSFET无法实现的一系列全新功能。氮化镓场效应晶体管具备低传导损耗和高频的性能,并辅以具有晶片级封装特性。与高密度并具小外形封装的已有技术相比,装配氮化镓场效应晶体管的技术要求并非高很多。