Garantizando fiabilidad y longevidad gracias a los avances con el tratamiento de superficies
En el ámbito de la electrónica de alta potencia, el impulso hacia la miniaturización y un mayor rendimiento ha generado una serie de desafíos complejos. Garantizar la integración perfecta de diversos materiales es crucial para la fiabilidad y longevidad de la electrónica de potencia que gestiona corrientes superiores a 1000 A. Imperfecciones como huecos y la oxidación en las superficies metálicas pueden comprometer seriamente el rendimiento y la seguridad de estos componentes.
La limpieza y activación Openair-Plasma® de Plasmatreat, junto con la innovadora REDOX-Tool, bridan soluciones avanzadas para abordar estos retos críticos con eficacia. Al garantizar superficies impecables y libres de óxido, estas innovaciones mejoran la adhesión, el rendimiento eléctrico y la fiabilidad general, allanando el camino para la próxima generación de electrónica de alto rendimiento.
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
Metal Treatment & HydroPlasma® 2025 – A new dimension in plasma cleaning
Entre los principales retos figuran:
Huecos en uniones soldadas
- Impedancia térmica y eléctrica: Los huecos pueden reducir la conductividad térmica y eléctrica de las juntas de soldadura. Esto puede provocar puntos calientes, aumento de la resistencia y posibles fallos por sobrecalentamiento.
- Debilidad mecánica: Los huecos comprometen la integridad mecánica de las uniones soldadas, haciéndolas más susceptibles de agrietarse y fallar bajo estrés térmico y mecánico.
Oxidación de las superficies metálicas
- Adhesión deficiente: Las superficies oxidadas dificultan la correcta unión entre los materiales, lo que puede provocar delaminación o una resistencia mecánica deficiente de los componentes ensamblados.
- Soldadura inconsistente: Los óxidos crean barreras que impiden que la soldadura se humedezca y se extienda uniformemente, lo que da lugar a uniones soldadas débiles y poco fiables.
Compatibilidad de materiales
- Desajuste de la expansión térmica: Los distintos materiales tienen diferentes coeficientes de dilatación térmica. Sin un tratamiento adecuado de la superficie y técnicas de unión, los ciclos térmicos pueden causar tensiones que conducen a la delaminación o agrietamiento.
- Incompatibilidad química: Los materiales deben seleccionarse y tratarse cuidadosamente para evitar reacciones químicas que puedan degradar el rendimiento o provocar fallos.
Residuo de fundente
- Contaminación: Los residuos de fundente pueden contaminar el conjunto, provocando cortocircuitos eléctricos, corrosión y problemas de fiabilidad.
- Desafíos de limpieza: A medida que los componentes se hacen más pequeños y están más densamente empaquetados, la eliminar los residuos de fundente sin dañar los componentes se hace cada vez más difícil.
Miniaturización
- Requisitos de precisión: Los componentes más pequeños y los pasos más finos requieren procesos de fabricación extremadamente precisos. Incluso las más pequeñas imperfecciones pueden provocar problemas de rendimiento o fallos importantes.
- Disipación del calor: La disipación eficiente del calor se vuelve más desafiante a medida que disminuye el tamaño de los componentes, lo que requiere de materiales y juntas de soldadura de alta calidad para gestionar el calor de forma eficaz.
Fiabilidad a largo plazo
- Exposición ambiental: La electrónica de potencia suele estar expuesta a entornos adversos, como altas temperaturas, humedad y vibraciones. Garantizar que todos los materiales y juntas estén libres de huecos y defectos es fundamental para mantener la fiabilidad a largo plazo.
- Envejecimiento y degradación: Con el tiempo, los materiales se degradan y las juntas se debilitan. Los huecos y las imperfecciones aceleran este proceso, provocando fallos prematuros.
Cómo afrontar estos desafíos
Técnicas como la tecnología Openair-Plasma® y la reducción de óxido en línea con REDOX-Tool pueden limpiar y preparar eficazmente las superficies, garantizando que todos los materiales se adhieran correctamente y funcionen de forma fiable incluso bajo las altas exigencias de la electrónica de potencia.
El resultado es un mejor rendimiento eléctrico, mayores índices de producción, una mayor fiabilidad y longevidad de los componentes.
Cómo puede ayudar Plasmatreat con Openair-Plasma®
Adherencia y unión mejoradas
Cuando se utilizan procesos de sinterización, las piezas se somenten a temperaturas elevadas, lo que puede provocar problemas de delaminación. Plasmatreat ha ideado una solución combinada que primero, elimina la capa de óxido mediante la herramienta REDOX y en segundo lugar, aplica una nanocapa para garantizar una buena unión con el material del molde.
Reducción de óxido con la herramienta REDOX
La REDOX-Tool utiliza una combinación de nitrógeno e hidrógeno en un concepto de túnel. Este proceso proporciona una superficie prístina para los procesos posteriores. Al eliminar las capas de óxido, la REDOX-Tool mejora la conductividad eléctrica y la fiabilidad, lo que es crucial para los componentes electrónicos de alto rendimiento, como los módulos de potencia y los IGBT.
Un proceso continuo y eficiente
La REDOX-Tool permite el procesamiento continuo en línea, y proporciona tratamiento a los materiales a medida que avanzan en la línea de producción. Esto reduce el tiempo de inactividad y aumenta el rendimiento global de la fabricación. Además, garantiza un control continuo del proceso para cada pieza, lo que se traduce en una calidad y un rendimiento constantes.
Reducción de defectos y mejora del rendimiento
Los procesos de limpieza a fondo y reducción del óxido minimizan el riesgo de huecos y otros defectos, que son críticos para la fiabilidad y el rendimiento a largo plazo de los componentes electronicos de alta potencia. La superficies más limpias y la mejor adherencia reducen el número de defectos y repeticiones, lo que aumenta el rendimiento y reduce los desperdicios en la producción.
Beneficios medioambientales y económicos
Al reducir al minimo la dependencia de fundentes químicos y agentes de limpieza, las soluciones de Plasmatreat reducen el impacto medioambiental del proceso de fabricación. La mejora de la eficiencia del proceso, el aumento del rendimiento y la reducción del uso de consumibles contribuyen a un importante ahorro de costes a lo largo del tiempo.
