FPC柔性模塊封裝錫膏錫膠深圳福英達分享：電源循環試驗-鋁鍵合線的可靠性
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功率模塊的基本結構如下圖所示，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測試的主要弱點。這一次，我們將關注鍵合線的故障模式。
如何在功率循環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發現，在功率循環中，設備的焊接材料層故障和鍵合線故障對結溫差deltatj有不同的敏感性。結溫差越大，對鍵線的影響就越大。焊料層對最高結溫更敏感。
當然，直接使用銀燒結技術(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不匹配（CTEMismatch），導致鍵位置邊緣的應力開裂。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過程中受到熱應力和電磁力的影響，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，發現塑封材料對鍵合線的失效機理產生顯著的影響。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。
當設備的塑料密封材料被移除并在同一條件下進行測試時，關鍵線的故障模式將從關鍵腳斷裂變為關鍵線脫落。N.Jiang還發現了測試其他硬度較強的包裝材料（陶瓷）模塊的現象。
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。
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一些研究人員建議，金屬層的粗糙度是VCE在功率循環測試早期穩定上升的主要原因，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結合功率循環測試和關鍵推力測試，提取不同功率循環數的設備進行關鍵推力測試，發現關鍵和芯片連接在測試過程中會穩步退化，芯片表面的顯微照片也證明了關鍵裂紋的增長。
來源：廣東能芯，深圳福英達整理
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