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

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

3、常用工裝夾具

四、測(cè)試流程

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/min（ASTM 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 max ）。

c、數(shù)據(jù)計(jì)算：

剪切強(qiáng)度（τ） = Fmax / 粘接面積（A）

單位：MPa（N/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 pull ）。

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 在 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 與 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)試的相關(guān)內(nèi)容了，希望可以給大家?guī)韼椭Ｈ绻€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)試儀等問題感興趣，歡迎關(guān)注我們，也可以給我們私信和留言。【科準(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)用中可能遇到的問題及解決方案。

審核編輯 黃宇