發(fā)布時(shí)間：2020-07-14 01:12

【摘要】：可靠性試驗(yàn)是電子產(chǎn)品制造后的關(guān)鍵環(huán)節(jié),而環(huán)境箱則是可靠性試驗(yàn)中最為常用的設(shè)備。電子產(chǎn)品封裝后,可靠性是其最為關(guān)心的問題,回流爐焊接的優(yōu)劣會對電子產(chǎn)品可靠性產(chǎn)生影響。研發(fā)出新型的回流焊接爐和環(huán)境試驗(yàn)箱,對電子元器件封裝中的回流焊接和可靠性試驗(yàn)有很強(qiáng)的促進(jìn)作用。目前,電子封裝隨著功率密度的增大普遍存在散熱不理想的問題;可靠性試驗(yàn)則存在著試驗(yàn)量太大和效果欠佳的問題;環(huán)境試驗(yàn)箱存在著功能太過單一而不能進(jìn)行多種環(huán)境試驗(yàn)的問題,也不能滿足特殊要求的環(huán)境試驗(yàn);小型回流爐存在著不能批量焊接、不能流水線作業(yè)和焊接過程中不能快速冷卻的問題。另外,環(huán)境箱和回流爐內(nèi)的溫度均勻性高低也會影響可靠性試驗(yàn)和回流焊接效果。針對上述出現(xiàn)的問題,采用了設(shè)計(jì)、模擬和試驗(yàn)的方法,對封裝與散熱、可靠性試驗(yàn)、可靠性設(shè)備和回流焊接設(shè)備進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)方面,為IGBT模塊設(shè)計(jì)了兩個(gè)水冷微通道散熱結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了三個(gè)不同的回流焊接爐和一個(gè)多功能環(huán)境試驗(yàn)箱,也為拉伸試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)了一個(gè)加熱箱和一個(gè)低溫箱。模擬方面,對LED在環(huán)境試驗(yàn)箱中的熱性能進(jìn)行了模擬,也模擬了循環(huán)箱和加熱箱的溫度場和流場分布,分析了其溫度均勻性。試驗(yàn)方面,對LED進(jìn)行了可靠性試驗(yàn),測試了加熱箱、低溫箱和循環(huán)箱內(nèi)溫度分布情況和溫度均勻性,并重點(diǎn)研究了溫度均勻性。本文的工作與創(chuàng)新點(diǎn)主要有:(1)對LED和IGBT的封裝工藝及散熱性能進(jìn)行了研究,為IGBT模塊設(shè)計(jì)了兩種新型水冷微通道散熱器。對LED進(jìn)行了帶電和不帶電的溫度沖擊試驗(yàn),并測試了LED試驗(yàn)中的光通量變化。對LED進(jìn)行了高溫和低溫下的虛擬可靠性模擬,分析了應(yīng)力分布和變化情況,并研究了幾種計(jì)算LED壽命的方法。(2)研究了普通環(huán)境試驗(yàn)箱中的高低溫循環(huán)箱和溫度沖擊箱,提出了多功能環(huán)境試驗(yàn)箱,也為拉伸試驗(yàn)用的裝置量身訂做了一個(gè)特殊的加熱箱和一個(gè)低溫箱。低溫箱中考慮了采用液氮冷卻和熱電制冷的方法。(3)對在氮?dú)鈿夥障碌幕亓骱附庸に嚭驮诓煌亓髑�下的焊接分別進(jìn)行了試驗(yàn)研究,提出了旋轉(zhuǎn)式回流焊接爐、液氮冷卻式回流焊接爐和接觸式回流焊接爐。(4)研究了幾個(gè)影響溫度均勻性的因素,重點(diǎn)研究了開門和關(guān)門的影響、樣品大小的影響和夾具層數(shù)的影響,并對它們進(jìn)行了數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和對比分析,發(fā)現(xiàn)吻合比較好。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN05
【圖文】：

圖 2-1. 電子封裝的作用多世紀(jì)的發(fā)展，其技術(shù)已日趨成熟，技術(shù)（SMT）、面陣封裝技術(shù)、針柵著疊層封裝和晶圓級封裝（WLP）道。目前的封裝技術(shù)正從單芯片封裝。同時(shí)電子產(chǎn)品也朝小型化方向發(fā)展程中，也存在過一些問題和挑戰(zhàn)。封裝（SOP）和小型方塊平面封裝（QF就造成了封裝密度低，占用較大的并增加了成本。隨著芯片技術(shù)和封裝以及硅通孔（TSV）器件[57-59]上封裝的可能性就變得越來越明顯、越來

圖 2-3. 單顆 LED 的一種封裝流程示意圖在 LED 的封裝過程中，采用新封裝工藝和新材料，能大幅提高封裝性能采用納米材料作為基板可降低熱阻[61]；采用不同的硅膠材料，或?qū)ζ溥M(jìn)行改進(jìn)行摻雜[63]，能提高出光效率。不同的透鏡工藝，出光效率也有所不同[64]。裝工藝的優(yōu)化，新材料的研究與替代，可以促進(jìn) LED 封裝技術(shù)的發(fā)展。如良好的封裝效果，則要對光、熱、電和結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行綜合考慮。2.1.2 IGBT 封裝技術(shù)IGBT 為絕緣柵雙極型晶體管，具有高輸入阻抗和低導(dǎo)通壓降等優(yōu)點(diǎn)，比較小而且飽和壓降比較低，適合應(yīng)用于變頻器、開關(guān)電源、軌道交通和交流世界上第一只 IGBT 是在 1982 發(fā)明[65]的，是將 MOS 和 BJT 技術(shù)結(jié)合起來而的。之后，IGBT 隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，其生產(chǎn)工藝也不斷成熟和完善IGBT 產(chǎn)品的性能得到了較大的提高。IGBT 已廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源、逆變器

圖 2-4. IGBT 結(jié)構(gòu)及等效電路在使用過程中也產(chǎn)生了一些問題，例如，它對電流大小和電壓要過流保護(hù)和過壓保護(hù)[67]；它在并聯(lián)工作時(shí)存在電流大小不聯(lián)工作時(shí)的均流問題[68, 69]。由于 IGBT 是大功率半導(dǎo)體器件高溫度要求不能超過 125℃，因此需要采取恰當(dāng)有效的散熱裝T 的封裝研究方面，人們主要從封裝材料、基板結(jié)構(gòu)[70]、鍵面進(jìn)行了研究。一些人提出了壓接式的 IGBT 模塊[74]和新型 IGBT 模塊的可靠性和壽命進(jìn)行了評估，或用實(shí)驗(yàn)和模擬的進(jìn)行了研究。散熱問題一直是限制 IGBT 應(yīng)用的一大障礙。D 的散熱研究

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本文編號：2754254