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蘇州科準(zhǔn)測(cè)控有限公司
中級(jí)會(huì)員 | 第4年

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從測(cè)試到改進(jìn):推拉力測(cè)試機(jī)在功率半導(dǎo)體封裝可靠性中的應(yīng)用

時(shí)間:2025/6/5閱讀:53
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隨著功率半導(dǎo)體器件在新能源、電動(dòng)汽車、工業(yè)控制等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,其可靠性問(wèn)題日益受到關(guān)注。塑料封裝作為功率器件的主要封裝形式,因其非氣密性特性,在濕熱環(huán)境下容易出現(xiàn)分層失效,嚴(yán)重影響器件性能和壽命。本文科準(zhǔn)測(cè)控小編將介紹如何通過(guò)Beta S100推拉力測(cè)試機(jī)等設(shè)備,系統(tǒng)研究了塑封功率器件分層的失效機(jī)理,分析了材料、工藝等因素對(duì)分層的影響,并提出了針對(duì)性的工藝改進(jìn)方案,為提高塑封功率器件的可靠性提供了理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

 

一、原理分析

1分層機(jī)理

塑封器件分層主要是在水汽和熱應(yīng)力的協(xié)同作用下發(fā)生的界面失效現(xiàn)象,其機(jī)理包括:

濕熱膨脹效應(yīng):塑封料吸濕后,在高溫下(如回流焊)水分快速汽化,產(chǎn)生膨脹應(yīng)力

熱失配應(yīng)力:不同材料間熱膨脹系數(shù)(CTE)差異導(dǎo)致的熱應(yīng)力

界面粘接失效:塑封料與其他材料界面處的粘接強(qiáng)度不足

爆米花效應(yīng):內(nèi)部水汽快速膨脹導(dǎo)致封裝體開(kāi)裂

2、失效模式

早期失效:封裝工藝缺陷導(dǎo)致

焊接/粘接缺陷

引線鍵合缺陷

注塑缺陷

固化收縮應(yīng)力缺陷

3使用期失效

熱應(yīng)力破壞(溫度循環(huán)導(dǎo)致)

濕氣破壞(腐蝕、爆米花效應(yīng)等)

二、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

MIL-STD-883:微電子器件試驗(yàn)方法和程序

ASTM D1002:金屬間粘接拉伸剪切強(qiáng)度測(cè)試

三、檢測(cè)儀器和工具

1、Beta S100推拉力測(cè)試機(jī):用于測(cè)量界面粘接強(qiáng)度,可進(jìn)行剪切力、拉力測(cè)試

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A、設(shè)備特點(diǎn)

a、高精度力傳感器:量程可達(dá)500N,分辨率0.01N,滿足微焊點(diǎn)與粗端子測(cè)試需求。

b、多功能測(cè)試模式:支持拉力、推力、剝離力等多種測(cè)試方式。

c自動(dòng)化操作:配備高清顯微鏡和軟件控制,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位與數(shù)據(jù)記錄。

2、推刀或鉤針

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3、常用工裝夾具

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四、測(cè)試流程4. 測(cè)試樣品準(zhǔn)備

步驟一、樣品選擇

1、選取塑封功率器件(如 TO-252 封裝),確保封裝結(jié)構(gòu)完整,無(wú)明顯外部損傷。

2、預(yù)處理(可選):

高溫存儲(chǔ)(125℃/24h)評(píng)估熱老化影響

濕熱試驗(yàn)(85℃/85%RH/168h)評(píng)估吸濕后粘接強(qiáng)度變化

固定樣品:將器件固定在測(cè)試平臺(tái)上,確保待測(cè)界面(如 EMC-Cu)與推刀方向平行。

步驟二、測(cè)試步驟

1常溫(25℃)剪切強(qiáng)度測(cè)試

a、設(shè)置參數(shù):

測(cè)試模式:剪切力測(cè)試

測(cè)試速度:0.5mm/minASTM D1002 推薦)

最大載荷:根據(jù)材料預(yù)估強(qiáng)度設(shè)定(通常 50-200N

b、執(zhí)行測(cè)試:

推刀以恒定速度施加力,直至界面剝離或斷裂。

記錄最大剪切力(F<sub>max</sub>)。

c、數(shù)據(jù)計(jì)算:

剪切強(qiáng)度(τ= F<sub>max</sub> / 粘接面積(A

單位:MPaN/mm2

步驟三、高溫(150℃)剪切強(qiáng)度測(cè)試(模擬功率器件工作溫度)

預(yù)熱測(cè)試臺(tái):將溫控模塊加熱至 150℃,穩(wěn)定 10min

放置樣品:快速將樣品固定,避免溫度下降。

執(zhí)行測(cè)試:同 5.1,記錄高溫下的剪切強(qiáng)度。

步驟四、拉力測(cè)試(可選)

適用于評(píng)估鍵合線、焊點(diǎn)等垂直方向的粘接強(qiáng)度。

測(cè)試方法類似,但采用拉力模式,記錄最大拉力(F<sub>pull</sub>)。

步驟五、數(shù)據(jù)分析與失效模式判定

1強(qiáng)度對(duì)比

計(jì)算不同溫度下的強(qiáng)度下降率(如 EMC-Cu 150℃ vs. 25℃)。

對(duì)比不同界面(EMC-Cu vs. EMC-芯片)的粘接強(qiáng)度差異。

2、失效模式分析

界面剝離(粘接失效):EMC Cu/芯片分離,表明粘接不良。

內(nèi)聚破壞(EMC 斷裂):材料自身強(qiáng)度不足。

混合失效:部分界面剝離,部分材料斷裂。

 

以上就是小編介紹的有關(guān)于塑封半導(dǎo)體功率電子器件分層可靠性測(cè)試相關(guān)內(nèi)容了,希望可以給大家?guī)?lái)幫助。如果您還對(duì)IGBT功率模塊封裝測(cè)試圖片、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試方法和測(cè)試原理,推拉力測(cè)試機(jī)怎么使用視頻和圖解,使用步驟及注意事項(xiàng)、作業(yè)指導(dǎo)書,原理、怎么校準(zhǔn)和使用方法視頻,推拉力測(cè)試儀操作規(guī)范、使用方法和測(cè)試視頻,焊接強(qiáng)度測(cè)試儀使用方法和鍵合拉力測(cè)試儀等問(wèn)題感興趣,歡迎關(guān)注我們,也可以給我們私信和留言?!究茰?zhǔn)測(cè)控】小編將持續(xù)為大家分享推拉力測(cè)試機(jī)在鋰電池電阻、晶圓、硅晶片、IC半導(dǎo)體、BGA元件焊點(diǎn)、ALMP封裝、微電子封裝、LED封裝、TO封裝等領(lǐng)域應(yīng)用中可能遇到的問(wèn)題及解決方案。

 

 

 


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