高低溫氣體沖擊熱流罩對IGBT的失效分析

絕緣柵雙極晶體管(insulated gate bipolar tran‐sistor，IGBT)是一種功率半導體器件，以其耐高壓、功耗低、開關時間短等優點。溫度沖擊測試(TST)是IGBT模塊可靠性測試的一種重要手段。下面，我們通過研究其熱沖擊特性，探索其組織演變與裂紋擴展。

試驗設備：環儀儀器 高低溫氣體沖擊熱流罩

實驗材料：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：

根據聯合電子器件工程委員會(JEDEC)的標準，常用的溫度系統為低溫(-65 ℃ )與高溫(150 ℃)，循環周期為 30 min，高低溫時間各為11.5 min。

試驗分析：

500次和 750次溫度沖擊后的組織如下圖所示，可以發現：溫度沖擊次數越多，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，并出現越來越多的 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：

實驗總結：

1.焊料界面上的金屬間化合物會隨著溫度沖擊次數的增加而增加。

2.溫度沖擊會導致焊料內的 Ag3Sn脫離界面，向焊料基體中移動，其中Ag3Sn的移動速率更快，這也會導致焊料內產生應力集中，降低焊料的可靠性。

3.在250次溫度沖擊后焊料內出現裂紋，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展。

如需了解更多高低溫氣體沖擊熱流罩的試驗研究，可以咨詢環儀儀器相關技術人員。