【摘要】：可靠性試驗是電子產(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)境試驗箱,對電子元器件封裝中的回流焊接和可靠性試驗有很強的促進作用。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;可靠性試驗則存在著試驗量太大和效果欠佳的問題;環(huán)境試驗箱存在著功能太過單一而不能進行多種環(huán)境試驗的問題,也不能滿足特殊要求的環(huán)境試驗;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和回流焊接效果。針對上述出現(xiàn)的問題,采用了設(shè)計、模擬和試驗的方法,對封裝與散熱、可靠性試驗、可靠性設(shè)備和回流焊接設(shè)備進行了研究。設(shè)計方面,為IGBT模塊設(shè)計了兩個水冷微通道散熱結(jié)構(gòu),設(shè)計了三個不同的回流焊接爐和一個多功能環(huán)境試驗箱,也為拉伸試驗裝置設(shè)計了一個加熱箱和一個低溫箱。模擬方面,對LED在環(huán)境試驗箱中的熱性能進行了模擬,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。試驗方面,對LED進行了可靠性試驗,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,并重點研究了溫度均勻性。本文的工作與創(chuàng)新點主要有:(1)對LED和IGBT的封裝工藝及散熱性能進行了研究,為IGBT模塊設(shè)計了兩種新型水冷微通道散熱器。對LED進行了帶電和不帶電的溫度沖擊試驗,并測試了LED試驗中的光通量變化。對LED進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,并研究了幾種計算LED壽命的方法。(2)研究了普通環(huán)境試驗箱中的高低溫循環(huán)箱和溫度沖擊箱,提出了多功能環(huán)境試驗箱,也為拉伸試驗用的裝置量身訂做了一個特殊的加熱箱和一個低溫箱。低溫箱中考慮了采用液氮冷卻和熱電制冷的方法。(3)對在氮氣氣氛下的回流焊接工藝和在不同回流曲線下的焊接分別進行了試驗研究,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)研究了幾個影響溫度均勻性的因素,重點研究了開門和關(guān)門的影響、樣品大小的影響和夾具層數(shù)的影響,并對它們進行了數(shù)值模擬、實驗驗證和對比分析,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行改進行摻雜[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 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，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和過壓保護[67]；它在并聯(lián)工作時存在電流大小不聯(lián)工作時的均流問題[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行了評估，或用實驗和模擬的進行了研究。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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6 李春發(fā),王文琴;汽相回流焊技術(shù)[J];半導(dǎo)體技術(shù);1986年04期

7 Ron Lasky,Greg Jones;精確控制回流焊接以提高經(jīng)濟效益[J];電子工藝技術(shù);2003年04期

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4 劉智勇;徐欣;;氮氣在回流焊焊接中的應(yīng)用[A];制造業(yè)數(shù)字化技術(shù)——2006中國電子制造技術(shù)論壇論文集[C];2006年

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8 時兵;;先進封裝形式μBGA、CSP的回流焊接技術(shù)[A];第二屆全國青年印制電路學(xué)術(shù)年會論文匯編[C];2002年

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6 宋巍;基于加熱機理分析的回流焊過程仿真建模與有限元分析[D];東北大學(xué);2012年

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本文編號：2754254