UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PARMA

Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione

DEASDevices, Electronic Applications and Sensors

ANALISI NUMERICA E SETUP SPERIMENTALE PER LA VALUTAZIONE DEL

DEGRADO

DELLE SALDATURE DA STRESS TERMO-MECCANICO

NICOLA DELMONTE, PAOLO COVA, FRANCESCO GIULIANI

WORKSHOP ESPERIMENTO APOLLO – MILANO 18/12/2012

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Studio del degrado di saldature lead-freeper fatica termo-meccanica

• Cicli accelerati di potenza su MOSFET Stato on Stato off

Stress termo-meccanico

• Saldatura di un piedino : singolo campione• Studio di carattere statistico• Numero sufficientemente elevato di

campioni

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Studio del degrado di saldature lead-freeper fatica termo-meccanica

Dispositivo in package SO-8 su scheda

saldatura

Low Cycles Fatigue, LCF High Cycles Fatigue, HCF

N° di cicli al guasto105

Si usa un metodo basato sulle tensioni

(stress)

Si usa un metodo basato sulle deformazioni (strain)

BasquinCoffin-Manson

𝜎 𝑎=𝜎 ′ 𝑓❑𝑁 𝑓

𝑏∆ 𝜀𝑝2

=𝜀 ′ 𝑓❑𝑁 𝑓

𝑐 Valide per carichi assiali

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Ricerca del numero di cicli al guastoNel caso di strutture con carichi multiassiali si può seguire un approccio di caso peggiore:

1. Individuazione della saldatura con il grado di plasticizzazione più elevato (ricerca dello stress di Von Mises più elevato) è la giunzione meccanica con la più alta probabilità di sviluppo di una crepa

2. nella giunzione individuata al punto precedente, individuazione della superficie del saldante con lo stress di Von Mises medio più elevato, ovvero ricerca della superficie con il maggior grado di plasticizzazione

3. Ricerca della massima deformazione sulla superficie individuata al punto 2

4. Applicazione della legge di Coffin-Manson con la deformazione individuata

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Modello 3D di un SO-8 bondless

copper drain contact

copper source contact

silicon die

1

23 4

5

67

8

resin lid

Geometria delle saldature quanto più fedele possibile alla realtà

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Simulazioni FEM di cicli di potenza preliminari

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Modelli da implementare

• Nuovi dispositivi bondless

• Considerare il creep

Package LFPAK

drainsource

gate

Package SuperSO8

Tecnologia InfineonOptiMOS2

Primo dispositivoconsiderato

S25NH3LLin package SO-8

Non più in commercio NXP PSMN011-30YLC Infineon BSO052N03S

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Il banco di stress

La scheda di stressLayout scheda PCB

4,5 cm

4,5

cm

Vcc

Rs

Rg

• Ogni MOSFET pensato come unità termicamente indipendente

• 16 MOSFET sulla scheda PCB (16x7=112 campioni ogni scheda)

CELLA

Cella

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