FPC柔性模塊封裝錫膏錫膠深圳福英達分享：電源循環(huán)試驗-鋁鍵合線的可靠性
FPC柔性模塊封裝錫膏錫膠深圳福英達分享：電源循環(huán)試驗-鋁鍵合線的可靠性
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功率模塊的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，此處不再重復。一般來說，鍵合線和芯片底部的焊層是功率循環(huán)測試的主要弱點。這一次，我們將關(guān)注鍵合線的故障模式。
如何在功率循環(huán)試驗中集中老化鍵合線，減少焊層的影響？這是研究人員遇到的難題。
通過實驗比較，M.Junghaenel發(fā)現(xiàn)，在功率循環(huán)中，設(shè)備的焊接材料層故障和鍵合線故障對結(jié)溫差deltatj有不同的敏感性。結(jié)溫差越大，對鍵線的影響就越大。焊料層對最高結(jié)溫更敏感。
當然，直接使用銀燒結(jié)技術(shù)(Ag-sintering)或diffusionsolder代替一般焊料可以有效老化鋁鍵合線。
鋁鍵合線在功率循環(huán)試驗中的故障模式一般分為鍵合線脫落和鍵腳斷裂。
其中，鍵線脫落是由于鋁金屬線與硅芯片的熱膨脹系數(shù)不匹配（CTEMismatch），導致鍵位置邊緣的應(yīng)力開裂。在老化試驗過程中，沿鍵表面顆粒的厚度擴大（由于鍵材料和金屬層的不同特性），最終導致鍵腳脫落。
鍵腳斷裂的主要原因是鍵線在功率循環(huán)過程中受到熱應(yīng)力和電磁力的影響，導致鍵線位置、角度變化和變形。
鍵腳斷裂不是硅膠灌裝模塊功率循環(huán)試驗失效的常見原因。
G. Zeng 通過進行TO-247器件的對比測試，發(fā)現(xiàn)塑封材料對鍵合線的失效機理產(chǎn)生顯著的影響。在塑封器件中，鍵合線的失效模式是鍵腳斷裂，鍵合面仍保持良好的連接。
當設(shè)備的塑料密封材料被移除并在同一條件下進行測試時，關(guān)鍵線的故障模式將從關(guān)鍵腳斷裂變?yōu)殛P(guān)鍵線脫落。N.Jiang還發(fā)現(xiàn)了測試其他硬度較強的包裝材料（陶瓷）模塊的現(xiàn)象。
在試驗過程中，芯片表面鋁金屬層的老化（粗糙度變化）吸引了許多研究人員的注意。其機制是由于溫度變化和芯片CTE不匹配造成的晶粒重構(gòu)。
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一些研究人員建議，金屬層的粗糙度是VCE在功率循環(huán)測試早期穩(wěn)定上升的主要原因，因為金屬層的粗糙度將顯著提高金屬層的電阻率。然而，實驗證實了電源循環(huán)過程中金屬層粗糙度的變化是否會加速鍵線的脫落。
N.Jiang結(jié)合功率循環(huán)測試和關(guān)鍵推力測試，提取不同功率循環(huán)數(shù)的設(shè)備進行關(guān)鍵推力測試，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵和芯片連接在測試過程中會穩(wěn)步退化，芯片表面的顯微照片也證明了關(guān)鍵裂紋的增長。
來源：廣東能芯，深圳福英達整理
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