翠展微电子：pin针超声焊接在功率模块中的应用

随着近年来功率模块的越来越广的应用，个别应用场景对pin连接的可靠性提出了更高的要求。Pin针超声焊被开发为一种新的连接方法，在相同金属间的连接中具有无与伦比的优势。由于超声波金属焊接不需要助焊剂和外部热源，因此焊接结构不会因热而变形，并且不会有残余应力。

传统软钎焊接有概率因锡膏助焊剂蒸发、回流炉温异常、设备气压波动等造成Pin针焊接不良，同时，在使用过程中IMC的生长，也可能会造成结合强度降低；Pin针超声焊通过相同材料之间实现金属共价键紧密结合，逐渐被市场所青睐。

Pin针虚焊

超声焊接（Ultrasonic Welding）原理，如下图所示，超声引线键合系统主要由超声波电源、换能器、调幅器及焊头等组成最终将超声波电源工频信号转变为20-60 KHz 的高频超声机械振动。在超声焊接过程中，劈刀在Pin针表面施加超声能量和压力，在共同作用下，Pin针与DBC之间的氧化膜高频振动摩擦破碎、并露出洁净界面；洁净铜表面金属接触后超声能量与压力继续输出，焊接接触面积逐渐增大，进一步使金属表面间的原子形成共价键，最终形成可靠的连接。

超声焊接原理

超声Pin针焊的优势

1、不需要加热，作业过程中产品无氧化风险

2、具有出色的物理性能，不会对产品产生热应力

3、焊接时表面直接结合，无需填充材料

4、焊接时无锡、助焊剂，对健康无损害

5、焊接过程质量能被实时监控（电流、电压、形变量等）

6、焊接时间短，UPH高

7、能量消耗小，焊接精度高

超声Pin针焊技术在功率模块封装的应用

通过使用信号端子超声焊接，来代替传统的锡膏钎焊工艺，提升Pin针与DBC的连接性。工艺类似于功率端子超声焊，焊接前先进行精准识别，精度比传统锡膏焊高。同时，通过pin自动上料功能，便于实现封装自动化。

Pin针与DBC结合良好

结合面推力稳定

按照AQG-324标准，加严至15G加速度，获取模块在随机激励条件下的振动频率，研究超声Pin针焊方案模块被迫抵抗外部随机振动的能力与结构设计合理性

激励条件（宽带随机激励）

PSD功率密度频普

总的来说，翠展微电子的HPD系列采用了超声Pin针焊技术实现了高可靠性、快捷高效、清洁牢固的设计理念。