厂家分享|SiC 功率模块引线键合可靠性分析全流程

随着第三代半导体技术的迅猛发展，碳化硅（Silicon Carbide, SiC）功率模块因其卓越的性能在工业生产中得到了广泛的应用。SiC材料以其高禁带宽度、高击穿场强、高热导率和高载流子饱和速度等特性，使其在大功率领域中具有显著优势。然而，随着应用的深入，SiC功率模块的可靠性问题逐渐成为业界关注的焦点。特别是在电力电子转换过程中，功率器件的老化问题尤为突出，其中键合线的失效占比高达70%，严重影响了SiC功率模块的可靠性。

在SiC功率模块中，引线键合作为连接芯片与外部电路的关键技术，其可靠性直接关系到整个模块的性能和寿命。由于SiC芯片体积小、可键合面积减少，加之更大的功率密度带来的更高交变温度荷载，使得键合线和焊料层在长期服役下容易出现老化现象。因此，对SiC功率模块引线键合的可靠性进行深入分析和研究，对于提高整个模块的性能和可靠性具有重要意义。

本文旨在通过对SiC功率模块引线键合技术的可靠性分析，探讨影响键合可靠性的关键因素，并提出相应的优化策略。我们将对其可靠性测试进行综合分析，以期为SiC功率模块的设计和制造提供科学依据和技术支持。。

 

一、SiC 功率模块引线键合可靠性分析

SiC功率模块引线键合可靠性分析是指对碳化硅（SiC）功率模块中引线键合技术的可靠性进行研究和分析的过程。这项分析关注于评估和提高SiC功率模块在长期运行中的稳定性和耐久性，特别是在大功率应用中。以下是对这一分析的几个关键点的概述：

1、键合技术的重要性：SiC功率模块因其高功率密度和高频特性，在工业生产中得到了广泛应用。然而，功率器件在电力电子转换过程中最易老化，其失效占比超过30%，其中键合线失效占比高达70%。因此，对SiC功率模块键合强度及其可靠性的研究具有重大意义。

2、键合参数优化：通过单因素实验和正交试验对比法，研究者寻求工业生产中不同键合材料的最优参数区间。这些参数包括键合功率、键合压力和键合时间，它们对键合强度有显著影响。

3、材料对比：研究表明，Cu键合线的最高温度、最大等效应力均高于Al键合线，但受材料属性影响，Cu键合线的最大塑性应变仅为Al键合线的1/2。根据功率循环实验，Cu键合线的寿命约为Al键合线的4倍。

4、电热性能分析：通过建立器件的电热耦合模型并进行数值仿真实验，发现键合线老化会引起正向导通压降上升和芯片表面综合温度上升，测量得到的瞬态热阻也会增大。

5、可靠性测试：包括功率循环实验、剪切力实验等，用以评估键合线的可靠性和机械强度。例如，高键合功率的键合寿命是低超声功率键合的1.5~3倍。

 

二、如何进行可靠性测试？

（一）常用检测设备

1、Beta S100 推拉力测试机 

Beta S100 推拉力测试机是一款专用于微电子引线键合后引线焊接强度测试、焊点与基板表面粘接力测试及其失效分析领域的动态测试仪器。

a、测试功能

用于微电子引线键合后的引线焊接强度测试。

用于焊点与基板表面粘接力的测试。

用于失效分析。

b、测试类型

包括晶片推力测试。

包括金球推力测试。

包括金线拉力测试。

c、技术特点 

采用高速力值采集系统。

根据测试需求更换相对应的测试模组，系统自动识别模组量程。

灵活应用于不同产品的测试。

每个工位独立设置安全高度位及安全限速，防止误操作损坏测试针头。

d、操作特性

测试动作迅速。

测试结果准确

适用面广泛。

e、应用领域

适用于半导体IC封装测试。

适用于LED封装测试。

适用于光电子器件封装测试。

适用于PCBA电子组装测试。

适用于汽车电子领域。

适用于航空航天领域。

适用于军工领域。

f、其他应用

可用于各种电子分析及研究单位的失效分析。

适用于各类院校的教学和研究。

2、检测类型 

（二）检测方法（剪切力测试） 

步骤1、设备与配件检查

检查SiC功率模块测试机及其所有配件，确保设备完整且功能正常。

确认测试机、剪切刀和夹具等关键部件均已完成校准，以确保测试结果的精确性。

步骤2、模块安装与电源连接

将待测试的SiC功率模块正确安装到推拉力测试机上。

连接电源，并启动测试机，等待系统自检和模块初始化完成。

检查所有指示灯和显示屏是否正常工作，确保系统准备就绪。

步骤3、剪切刀的安装与校准

根据测试的具体需求，选择适合的剪切刀。

将剪切刀安装到推拉力测试机的指定位置，并进行牢固锁定，以保证测试的精确度。

步骤4、测试夹具固定

将SiC功率模块精确地放置在测试夹具中，并确保其位置正确。

将夹具安装到测试机的工作台上，并使用固定螺丝将其紧固，模拟实际使用中的固定状态。

步骤5、测试参数的设定

在测试机的软件界面上输入必要的测试参数，包括但不限于测试方法、传感器选择、测试速度、目标力值、剪切高度和测试次数。

完成参数设置后，保存并应用这些参数，确保测试能够按照预定条件执行。

步骤6、测试执行

在显微镜下确认SiC功率模块和剪切刀的相对位置正确无误。

启动测试程序，密切监视测试过程中的动作，确保一切按照设定的参数进行。

如遇任何异常情况，立即停止测试以避免进一步的损坏。

步骤七、结果观察与分析

测试完成后，对SiC功率模块的破坏情况进行观察，并进行失效分析。

记录剪切力数据，包括剪切力值、剪切位置、引线材料、键合方法及被键合的材料，以及剪切强度和剪切类别代号。

对每个被剪切过的键合点，都应记录规定的类别代号，并确定分离模式。

 

以上就是小编介绍的SiC 功率模块引线键合可靠性分析内容了，希望可以给大家带来帮助！如果您还想了解更多引线键合失效形式，Beta S100 推拉力测试机推拉力测试机怎么使用、品牌、钩针、原理、怎么校准和技术要求，焊接强度测试仪器、使用方法和怎么用等问题，欢迎您关注我们，也可以给我们私信和留言，科准测控技术团队为您免费解答！