T2PAK應(yīng)用筆記重點(diǎn)介紹T2PAK封裝的貼裝及其熱性能的高效利用。內(nèi)容涵蓋以下方面：T2PAK封裝詳解：全面說(shuō)明封裝結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵規(guī)格參數(shù);焊接注意事項(xiàng)：闡述實(shí)現(xiàn)可靠電氣連接的關(guān)鍵焊接注意事項(xiàng);濕度敏感等級(jí)(MSL)要求：明確器件在處理與存儲(chǔ)過(guò)程中的防潮防護(hù)規(guī)范;器件貼裝指南：提供器件貼裝的最佳實(shí)踐建議。第一篇介紹了T2PAK封裝基礎(chǔ)知識(shí)，本文將繼續(xù)介紹器件貼裝方法。

回流焊工藝各階段的推薦參數(shù)值

下表列出了回流焊工藝各階段的推薦參數(shù)值。盡管實(shí)際溫度曲線可能因設(shè)備類型和工藝條件而異，該曲線可作為可靠的初始參考，并應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整——包括PCB的尺寸與厚度、元件密度與類型、所用焊膏特性以及襯底材料等因素。

制定焊接溫度曲線時(shí)，建議首先采用焊膏制造商提供的基準(zhǔn)曲線，并確保所有裝配元件的溫度與時(shí)間限制均得到滿足。目前主流的回流焊設(shè)備包括紅外(IR)加熱爐、強(qiáng)制對(duì)流爐和氣相焊接系統(tǒng)，其中強(qiáng)制對(duì)流爐憑借其優(yōu)異的熱均勻性，能均勻加熱整個(gè)PCB板，使元件受熱更一致，特別適用于功率器件的高可靠性焊接。在雙面PCB裝配中，T2PAK器件應(yīng)安排最后焊接，因其底部焊點(diǎn)在二次回流過(guò)程中會(huì)再次熔融，易導(dǎo)致移位或脫落。對(duì)于返修操作，建議采用局部加熱方式進(jìn)行定點(diǎn)回流，避免整板二次回流[2]。

表. 根據(jù)[2]的分類回流曲線

以下說(shuō)明適用于表3[2]：

所有溫度均指封裝中心溫度，測(cè)量位置為封裝本體在回流焊接過(guò)程中朝上的表面(例如live bug，引腳朝下)。若元件采用非標(biāo)準(zhǔn)live bug方向(即dead bug，引腳朝上)進(jìn)行回流，其TP溫度與“l(fā)ive bug”方向TP值的偏差應(yīng)在±2K范圍內(nèi)，且仍需滿足TC溫度要求;否則需調(diào)整回流曲線以確保符合TC規(guī)范。為精確測(cè)量實(shí)際封裝本體峰值溫度，請(qǐng)參照J(rèn)EP140[3]推薦的熱電偶使用規(guī)范。

本文檔中的回流溫度曲線僅用于分類或預(yù)處理，并不直接規(guī)定實(shí)際PCB裝配的回流工藝參數(shù)。實(shí)際的板級(jí)裝配回流曲線應(yīng)根據(jù)具體工藝需求和電路板設(shè)計(jì)來(lái)制定，且不得超出表3中所列的參數(shù)限值。例如，若 TC =260?°C、時(shí)間 tP = 30 秒，則對(duì)供應(yīng)商和用戶分別具有如下要求：

對(duì)供應(yīng)商而言：峰值溫度必須至少達(dá)到 260?°C，且高于 255?°C 的時(shí)間必須不少于 30 秒。

對(duì)用戶而言：峰值溫度不得超過(guò) 260?°C，且高于255?°C 的時(shí)間不得超過(guò) 30 秒。

測(cè)試負(fù)載中的所有元件均須滿足分類溫度曲線要求。

依據(jù)J-STD-020、JESD22-A112(已廢止)、IPC-SM-786(已廢止)歷史版本流程或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行濕度敏感性分級(jí)的表面貼裝器件，若無(wú)變更等級(jí)或提高峰值溫度等級(jí)的需求，無(wú)需按當(dāng)前修訂版重新分級(jí)。

表面貼裝器件：不建議采用波峰焊工藝。

濕度敏感等級(jí)根據(jù)JEDEC J-STD-033和J-STD-020標(biāo)準(zhǔn)，T2PAK產(chǎn)品被歸類為濕度敏感等級(jí)1(MSL1)。因此，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，該產(chǎn)品無(wú)需干燥包裝且無(wú)明確的保質(zhì)期限制，從而簡(jiǎn)化了存儲(chǔ)和操作要求。

器件貼裝

為實(shí)現(xiàn)最佳性能，頂部散熱器件除需遵循指定的焊接安裝溫度要求外，還需與冷板或散熱器建立高效的熱連接。結(jié)殼熱阻(RθJC)取決于芯片尺寸、厚度、裸片粘貼和銅引線框架等因素，已在數(shù)據(jù)手冊(cè)中嚴(yán)格規(guī)定并明確標(biāo)注，但整體散熱性能仍高度依賴于連接外露焊盤與散熱器的堆疊結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)高效熱連接的關(guān)鍵在于界面材料的選擇，通常稱為熱界面材料(Thermal Interface Material, TIM)。選用合適的TIM，并實(shí)施精確且可重復(fù)的涂覆工藝，是優(yōu)化散熱性能、確保器件級(jí)和板級(jí)可靠性以及增強(qiáng)電氣絕緣安全性的核心要素。為提出有效解決方案并展示界面評(píng)估流程，本研究已對(duì)三種可選方案進(jìn)行了探討。

液態(tài)間隙填充材料(圖1)

大多數(shù)液態(tài)間隙填充材料(Liquid Gap Fillers，見圖1)具有相對(duì)較低的粘度，能夠很好地貼合外露焊盤與散熱器之間的接觸面。此類TIM材料的最終厚度和形態(tài)主要由封裝與散熱器之間施加的裝配壓力決定(由PCB施加的壓力)，并可通過(guò)螺釘或彈簧針等夾持系統(tǒng)調(diào)節(jié)散熱器與PCB之間的距離來(lái)進(jìn)行精確控制。在采用液態(tài)間隙填充材料時(shí)，需綜合考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵因素：

1. 導(dǎo)熱界面材料(TIM)的特性

評(píng)估和驗(yàn)證TIM材料的隔熱性能至關(guān)重要。間隙填充材料是封裝散熱焊盤(高電壓)與散熱器(接地)之間唯一的絕緣介質(zhì)。根據(jù)材料不同，為承受相應(yīng)電壓所需的最小厚度通常在500 μm至1mm之間。

市售液態(tài)間隙填充材料的導(dǎo)熱系數(shù)范圍為1.6W/(m·K) 至 9 W/(m·K)，安森美建議采用的測(cè)試值應(yīng)高于5 W/(m·K)。

2. 最佳涂覆量

為確保最佳絕緣性能而過(guò)度涂覆TIM，會(huì)以犧牲熱性能為代價(jià)。更多細(xì)節(jié)請(qǐng)參見熱仿真和熱測(cè)試部分所提供的數(shù)據(jù)。

3. 固化過(guò)程中的收縮

需要注意的是，間隙填充材料在必要的固化過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生收縮

平衡這些方面對(duì)于實(shí)現(xiàn)所需的電氣絕緣，同時(shí)保持最佳的熱性能至關(guān)重要。

圖1. 液態(tài)間隙填充材料

預(yù)成型間隙填充墊(圖2)

預(yù)成型間隙填充墊(Pre-Formed Gap Filler Pad)提供了另一種解決方案。在此方案中，厚度通過(guò)設(shè)計(jì)得到保證。然而，整體裝配成本可能會(huì)增加，并且控制散熱器與PCB之間距離的關(guān)鍵環(huán)節(jié)可能更具挑戰(zhàn)性：預(yù)切割的導(dǎo)熱墊雖然能保證厚度一致，但由于其預(yù)設(shè)的形狀，無(wú)法像液態(tài)材料那樣與周邊結(jié)構(gòu)緊密貼合。

圖2.預(yù)成型間隙填充墊

圖3.陶瓷絕緣體

陶瓷絕緣體(Ceramic Type Insulators)(圖3)

可在疊層結(jié)構(gòu)中引入如氧化鋁(Al?O?)或氮化鋁(AlN)等材料，以提供穩(wěn)定可靠的絕緣性能，尤其當(dāng)與厚度為250–500 μm的較薄液態(tài)間隙填充材料結(jié)合使用時(shí)效果更佳。盡管這種熱疊層結(jié)構(gòu)通常被視為最可靠的絕緣方案，但與方案1相比，其成本顯著增加，而在導(dǎo)熱性能方面并未帶來(lái)實(shí)質(zhì)性提升。

未完待續(xù)。