เอกสารวิจัย: การพัฒนาการสร้างต้นแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังให้ก้าวหน้ายิ่งขึ้น

การเชื่อมประสานด้วยคลื่นอัลตราโซนิคแบบแม่นยำสำหรับโมดูลกำลังไฟฟ้า SiC และ GaN

วันที่: กุมภาพันธ์ 2569

ผู้เขียน: ฝ่ายวิศวกรรม บริษัท เจียงซู หิมาลัย เซมิคอนดักเตอร์ จำกัด

เรื่อง: การเพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อมต่อลวดอะลูมิเนียมหนาในสภาพแวดล้อมการวิจัยและพัฒนา

1. บทสรุปสำหรับผู้บริหาร

การเปลี่ยนผ่านไปสู่ แถบพลังงานกว้าง (WBG) สารกึ่งตัวนำ โดยเฉพาะซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) และแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) ได้สร้างความต้องการด้านความร้อนและกลไกที่เข้มงวดสำหรับการเชื่อมต่อตะกั่ว การเชื่อมต่อด้วยมือแบบดั้งเดิมมักไม่สามารถให้ความสม่ำเสมอที่จำเป็นสำหรับโมดูลที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง บทความนี้จะสำรวจวิธีการ เครื่องเชื่อมลวดอลูมิเนียมหนาแบบอัลตราโซนิคตั้งโต๊ะ WS3100 ช่วยเชื่อมช่องว่างระหว่างความอเนกประสงค์ของห้องปฏิบัติการและความน่าเชื่อถือในระดับยานยนต์

2. ความท้าทาย: การประยุกต์ใช้ฟิสิกส์ของพันธะในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง

โมดูลกำลังสำหรับอินเวอร์เตอร์ระบบขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้าและศูนย์ข้อมูล AI ทำงานภายใต้สภาวะการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรุนแรง จุดที่มักเกิดความเสียหายมากที่สุดคือส่วนเชื่อมต่อสายไฟ

• ความแข็งของวัสดุ: ชั้นโลหะ SiC และ GaN มักมีความแข็งกว่าซิลิคอนแบบดั้งเดิม จึงต้องใช้พลังงานอัลตราโซนิกสูงกว่าและควบคุมแรงดันอย่างแม่นยำเพื่อให้เกิดการเชื่อมต่อระดับอะตอมโดยไม่ทำให้ชิ้นส่วนแตกหัก

• ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้า: เส้นทางที่มีกระแสไฟฟ้าสูงต้องใช้ลวดอลูมิเนียมหนา (75 ไมโครเมตร ถึง 500 ไมโครเมตรการจัดการกับการเสียรูปของเหล็กแผ่นหนาขนาดนี้ จำเป็นต้องใช้เทคนิค "การขัดถู" และการควบคุมแรงดันที่ซับซ้อน

3. โซลูชันทางเทคนิค: สถาปัตยกรรม WS3100

เครื่อง WS3100 ได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้างสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้สำหรับกระบวนการยึดติดที่ซับซ้อนเหล่านี้ โดยอาศัยเทคโนโลยีหลักสามประการ:

ก. การติดตามความถี่อัลตราโซนิกแบบดิจิทัล

เครื่องเชื่อมแบบตั้งโต๊ะทั่วไปมักมีปัญหาเรื่องการเปลี่ยนแปลงความถี่เมื่อตัวแปลงสัญญาณร้อนขึ้น เครื่อง WS3100 ใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากำลังสูง (9-30 วัตต์) กับ การบันทึกความถี่อัตโนมัติ (≤5 มิลลิวินาที)ซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าความถี่เรโซแนนซ์ (58.5±1kHz) จะถูกล็อคทันที ทำให้มีการส่งพลังงานอย่างสม่ำเสมอไปยังทุกพันธบัตร

B. การตั้งโปรแกรมพารามิเตอร์แบบสองช่องสัญญาณ

พื้นผิวที่แตกต่างกัน (เช่น พื้นผิวระหว่างชิปกับซับสเตรต เทียบกับ พื้นผิวระหว่างซับสเตรตกับตะกั่ว) ต้องการโปรไฟล์พลังงานที่แตกต่างกัน WS3100 ช่วยให้สามารถปรับแต่งได้อย่างอิสระในส่วนต่างๆ ดังนี้:

• กำลังและเวลาของคลื่นอัลตราโซนิค

• แรงยึดติด (30 กรัม ถึง 1200 กรัม)

• ความสูงของห่วงและความยาวของหาง

C. โหมด 2 การยึดติดหลายจุด

เพื่อลดความต้านทานไฟฟ้าและเพิ่มความแข็งแรงในการรับแรงเฉือนเชิงกล WS3100 จึงรองรับ พันธะคู่ที่ 1 และ 2คุณสมบัตินี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับโมดูลพลังงานที่ต้องรับกระแสไฟฟ้าปริมาณมากผ่านสายไฟเพียงเส้นเดียว โดยกระจายภาระไปยัง "จุดเชื่อมต่อ" หลายจุดบนแผ่นอิเล็กโทรด

4. ข้อมูลประสิทธิภาพและข้อกำหนดทางเทคนิค

ตารางต่อไปนี้สรุปขอบเขตการใช้งานของ WS3100 สำหรับมาตรฐานกระบวนการปี 2026:

5. กรณีศึกษา: การเพิ่มผลผลิตในการสร้างต้นแบบ IGBT

ในการศึกษานำร่องเมื่อเร็ว ๆ นี้ สถานวิจัยแห่งหนึ่งได้เปลี่ยนอุปกรณ์แบบใช้มือมาใช้ WS3100 แทน การประกอบโมดูล IGBTโดยการใช้ WS3100 การติดตามแรงดันอัตโนมัติโรงงานดังกล่าวช่วยลดการแตกร้าวขนาดเล็กในแม่พิมพ์ที่บางลงได้ 15% และปรับปรุงความสม่ำเสมอของการทดสอบแรงดึงสายไฟให้ดีขึ้นโดย 22% ในล็อตการผลิตจำนวน 500 ชิ้น

6. บทสรุป

เนื่องจากอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์กำลังก้าวไปสู่การรวมวงจรต่างชนิดที่ซับซ้อนมากขึ้น เครื่องมือที่ใช้ในการวิจัยและพัฒนาจึงต้องสะท้อนความแม่นยำของสายการผลิตจำนวนมาก เจียงซูหิมาลัย WS3100 มอบความแม่นยำ พลังงาน และความสามารถในการตั้งโปรแกรมที่จำเป็นต่อการพัฒนาอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้ารุ่นต่อไป

เกี่ยวกับบริษัท Jiangsu Himalaya Semiconductor Co., Ltd.

บริษัท Jiangsu Himalaya Semiconductor ตั้งอยู่ในศูนย์กลางเทคโนโลยีชั้นสูงของเมืองซูโจว เป็นผู้นำระดับโลกด้านอุปกรณ์ "แบ็กเอนด์" สำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ผลิตภัณฑ์ของเราประกอบด้วยอุปกรณ์ความเร็วสูง บอนเดอร์ระบบตัดแผ่นเวเฟอร์ และเครื่องเชื่อมลิ่มอัลตราโซนิกความแม่นยำสูง

ติดต่อ: seaman@himalayasemi.com

เว็บไซต์: www.himalayasemi.com