Garantire l'affidabilità e la longevità con un trattamento avanzato delle superfici
Nel regno dell'elettronica ad alta potenza, la spinta verso la miniaturizzazione e le prestazioni più elevate ha portato a una serie di sfide intricate. Garantire la perfetta integrazione di materiali diversi è fondamentale per l'affidabilità e la longevità dell'elettronica di potenza che gestisce correnti superiori a 1000 A. Imperfezioni come vuoti e ossidazioni sulle superfici metalliche possono compromettere gravemente le prestazioni e la sicurezza di questi componenti.
La pulizia e l'attivazione Openair-Plasma® di Plasmatreat, insieme all'innovativo REDOX-Tool, forniscono soluzioni avanzate per affrontare efficacemente queste sfide critiche. Garantendo superfici incontaminate e prive di ossidi, queste innovazioni migliorano l'adesione, le prestazioni elettriche e l'affidabilità complessiva, aprendo la strada alla prossima generazione di elettronica ad alte prestazioni.
Challenges in Semiconductor and Power Module Production
Tough Demands on Materials and Interconnections
High-performance power modules must operate reliably for years under extreme conditions. Whether in electric vehicles, wind turbines, or industrial drives, these components are exposed to high temperatures, high voltages, and intense mechanical stress – all within increasingly compact designs.
A particular challenge lies at so-called “triple points,” where different materials such as copper, ceramics, and potting compounds meet. These zones are prone to stress, trapped air, or adhesion failure – all of which can shorten the module’s lifespan. One of the root causes: oxidized metal surfaces that compromise solderability and increase contact resistance. Epoxy delamination during overmolding is another common risk. To address these issues, reliable interconnect technology and targeted surface treatment are essential.
Use Cases – Where Plasma Makes the Difference
Application Areas Across High-Demand Industries
Our plasma systems are used wherever power modules are exposed to extreme conditions and need to perform reliably. Different industries face different challenges – but the solution remains the same: advanced surface treatment with Openair-Plasma® and PlasmaPlus®.
E-Mobility
In inverters, battery management systems, and charging units, plasma ensures stable electrical contacts and prevents delamination in highly dynamic environments with intense heat and current loads.
Renewable Energy
Photovoltaic and wind energy systems require long-term durability despite exposure to UV radiation, moisture, and temperature swings. Plasma coatings help protect critical contact areas and improve reliability.
Industrial Automation
Power modules in industrial and robotic systems must withstand vibration, dust, and harsh media. Plasma treatment improves adhesion of potting compounds and ensures long-lasting, high-integrity connections.
The Exhibition Warm-Up: Power Module PlasmaTalk Now Online
Enhancing Fuel Cell Manufacturing with Openair-Plasma®
Stable bonding, coating and joining for safe processes in medical technology & life sciences
Industrial Might – Environmental Insight: Openair-Plasma® in surface modification
Lightweight constructions efficiently realized with plasma
When to use low pressure plasma for PFAS replacement and other coatings
Openair-Plasma® solutions for semiconductor applications
Le sfide principali includono:
Vuoti nelle giunzioni a saldare
- Impedenza termica ed elettrica: I vuoti possono ridurre la conduttività termica ed elettrica dei giunti di saldatura. Questo può portare a punti caldi, aumento della resistenza e potenziali guasti dovuti al surriscaldamento.
- Debolezza meccanica: I vuoti compromettono l'integrità meccanica delle giunzioni a saldare, rendendole più suscettibili a rotture e guasti sotto stress termico e meccanico.
Ossidazione delle superfici metalliche
- Scarsa adesione: Le superfici ossidate ostacolano il corretto legame tra i materiali, con conseguente delaminazione o scarsa resistenza meccanica dei componenti assemblati.
- Saldatura incoerente: Gli ossidi creano barriere che impediscono alla saldatura di bagnarsi e diffondersi uniformemente, causando giunti di saldatura deboli e inaffidabili.
Compatibilità dei materiali
- Disadattamento dell'espansione termica: Materiali diversi hanno coefficienti di espansione termica diversi. In assenza di un trattamento superficiale e di tecniche di incollaggio adeguati, i cicli termici possono provocare tensioni che portano alla delaminazione o alla fessurazione.
- Incompatibilità chimica: I materiali devono essere selezionati e trattati con cura per evitare reazioni chimiche che possono degradare le prestazioni o causare guasti.
Residuo di flusso
- Contaminazione: I residui di flusso possono contaminare il gruppo, causando cortocircuiti elettrici, corrosione e problemi di affidabilità.
- Sfide di pulizia: Man mano che i componenti diventano più piccoli e più densamente imballati, la rimozione dei residui di flussante senza danneggiare i componenti diventa sempre più difficile.
Miniaturizzazione
- Requisiti di precisione: I componenti più piccoli e i passi più fini richiedono processi di produzione estremamente precisi. Anche piccole imperfezioni possono causare problemi di prestazioni o guasti significativi.
- Dissipazione del calore: Una dissipazione efficiente del calore diventa più impegnativa con la diminuzione delle dimensioni dei componenti, e richiede giunti di saldatura e materiali di alta qualità per gestire efficacemente il calore.
Affidabilità a lungo termine
- Esposizione ambientale: L'elettronica di potenza è spesso esposta ad ambienti difficili, tra cui temperature elevate, umidità e vibrazioni. Assicurarsi che tutti i materiali e le giunzioni siano privi di vuoti e difetti è fondamentale per mantenere l'affidabilità a lungo termine.
- Invecchiamento e degrado: Con il tempo, i materiali possono degradarsi e le giunzioni indebolirsi. I vuoti e le imperfezioni accelerano questo processo, portando a guasti precoci.
Affrontare queste sfide
Tecniche come la tecnologia Openair-Plasma® e la riduzione dell'ossido in linea di REDOX-Tool possono pulire e preparare efficacemente le superfici, assicurando che tutti i materiali si leghino correttamente e funzionino in modo affidabile anche in presenza di elevate esigenze dell'elettronica di potenza.
Ciò si traduce in migliori prestazioni elettriche, tassi di rendimento più elevati e una maggiore affidabilità e longevità complessiva dei componenti.
Come Plasmatreat può essere d'aiuto con Openair-Plasma
Miglioramento dell'adesione e del legame
Quando si utilizzano processi di sinterizzazione, i pezzi sono sottoposti a temperature più elevate, che possono causare problemi di delaminazione. Plasmatreat ha proposto una soluzione combinata che elimina innanzitutto lo strato di ossido con lo strumento REDOX e in secondo luogo applica un nano strato per garantire un buon legame con il materiale dello stampo.
Riduzione degli ossidi con lo strumento REDOX
Il REDOX-Tool utilizza una combinazione di azoto e idrogeno in un concetto di tunnel. Questo processo fornisce una superficie incontaminata per i processi successivi. Eliminando gli strati di ossido, il REDOX-Tool migliora la conduttività elettrica e l'affidabilità, un aspetto cruciale per i componenti elettronici ad alte prestazioni come i moduli di potenza e gli IGBT.
Lavorazione continua ed efficiente
REDOX-Tool supporta la lavorazione continua in linea, consentendo il trattamento dei materiali mentre si muovono nella linea di produzione. Ciò riduce i tempi di inattività e aumenta la produttività complessiva della produzione. Inoltre, assicura un controllo continuo del processo per ogni pezzo, garantendo qualità e prestazioni costanti.
Riduzione dei difetti e miglioramento dei tassi di rendimento
L'accurata pulizia e i processi di riduzione dell'ossido riducono al minimo il rischio di vuoti e altri difetti, che sono fondamentali per l'affidabilità e le prestazioni a lungo termine dell'elettronica ad alta potenza. Superfici più pulite e un migliore incollaggio si traducono in una riduzione dei difetti e delle rilavorazioni, con conseguente aumento dei tassi di rendimento e riduzione degli scarti di produzione.
Vantaggi ambientali e di costo
Riducendo al minimo l'utilizzo di flussanti e detergenti chimici, le soluzioni Plasmatreat riducono l'impatto ambientale del processo produttivo. Il miglioramento dell'efficienza del processo, l'aumento dei rendimenti e la riduzione dell'uso dei materiali di consumo contribuiscono a un significativo risparmio sui costi nel tempo.
