絕緣柵雙極晶體管(insulated gate bipolar tran‐sistor，IGBT)是一種功率半導(dǎo)體器件，以其耐高壓、功耗低、開關(guān)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。溫度沖擊測(cè)試(TST)是IGBT模塊可靠性測(cè)試的一種重要手段。下面，我們通過(guò)研究其熱沖擊特性，探索其組織演變與裂紋擴(kuò)展。
試驗(yàn)設(shè)備：環(huán)儀儀器 高低溫氣體沖擊熱流罩
實(shí)驗(yàn)材料：Si基IGBT芯片，尺寸為 4.73 mm×6.01 mm×0.30mm；芯片背面的鍍層為 Ti0.1 μm/Ni0.3 μm/Ag0.4 μm。采用純銅引線框架，尺寸為16.9mm×14.0 mm×2.0 mm。
溫度沖擊條件：
根據(jù)聯(lián)合電子器件工程委員會(huì)(JEDEC)的標(biāo)準(zhǔn)，常用的溫度系統(tǒng)為低溫(-65 ℃ )與高溫(150 ℃)，循環(huán)周期為 30 min，高低溫時(shí)間各為11.5 min。
試驗(yàn)分析：
500次和 750次溫度沖擊后的組織如下圖所示，可以發(fā)現(xiàn)：溫度沖擊次數(shù)越多，焊料層界面處的Ag3Sn就越多；上界面處的金屬間化合物從離散分布到連成一片，下界面的Cu3Sn變厚，并出現(xiàn)越來(lái)越多的 Ag3Sn。
除此之外，焊料基體中也存在大量由界面上脫離的 Ag3Sn，下圖為 Ag3Sn 脫離示意圖：
實(shí)驗(yàn)總結(jié)：
1.焊料界面上的金屬間化合物會(huì)隨著溫度沖擊次數(shù)的增加而增加。
2.溫度沖擊會(huì)導(dǎo)致焊料內(nèi)的 Ag3Sn脫離界面，向焊料基體中移動(dòng)，其中Ag3Sn的移動(dòng)速率更快，這也會(huì)導(dǎo)致焊料內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低焊料的可靠性。
3.在250次溫度沖擊后焊料內(nèi)出現(xiàn)裂紋，裂紋從焊料層與芯片界面的邊角萌生，并沿界面向焊料層中心擴(kuò)展。
如需了解更多高低溫氣體沖擊熱流罩的試驗(yàn)研究，可以咨詢環(huán)儀儀器相關(guān)技術(shù)人員。
