FPC柔性模块封装锡膏锡胶深圳福英达分享：电源循环试验-铝键合线的可靠性
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功率模块的基本结构如下图所示，此处不再重复。一般来说，键合线和芯片底部的焊层是功率循环测试的主要弱点。这一次，我们将关注键合线的故障模式。
如何在功率循环试验中集中老化键合线，减少焊层的影响？这是研究人员遇到的难题。
通过实验比较，M.Junghaenel发现，在功率循环中，设备的焊接材料层故障和键合线故障对结温差deltatj有不同的敏感性。结温差越大，对键线的影响就越大。焊料层对最高结温更敏感。
当然，直接使用银烧结技术(Ag-sintering)或diffusionsolder代替一般焊料可以有效老化铝键合线。
铝键合线在功率循环试验中的故障模式一般分为键合线脱落和键脚断裂。
其中，键线脱落是由于铝金属线与硅芯片的热膨胀系数不匹配（CTEMismatch），导致键位置边缘的应力开裂。在老化试验过程中，沿键表面颗粒的厚度扩大（由于键材料和金属层的不同特性），最终导致键脚脱落。
键脚断裂的主要原因是键线在功率循环过程中受到热应力和电磁力的影响，导致键线位置、角度变化和变形。
键脚断裂不是硅胶灌装模块功率循环试验失效的常见原因。
G. Zeng 通过进行TO-247器件的对比测试，发现塑封材料对键合线的失效机理产生显著的影响。在塑封器件中，键合线的失效模式是键脚断裂，键合面仍保持良好的连接。
当设备的塑料密封材料被移除并在同一条件下进行测试时，关键线的故障模式将从关键脚断裂变为关键线脱落。N.Jiang还发现了测试其他硬度较强的包装材料（陶瓷）模块的现象。
在试验过程中，芯片表面铝金属层的老化（粗糙度变化）吸引了许多研究人员的注意。其机制是由于温度变化和芯片CTE不匹配造成的晶粒重构。
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一些研究人员建议，金属层的粗糙度是VCE在功率循环测试早期稳定上升的主要原因，因为金属层的粗糙度将显著提高金属层的电阻率。然而，实验证实了电源循环过程中金属层粗糙度的变化是否会加速键线的脱落。
N.Jiang结合功率循环测试和关键推力测试，提取不同功率循环数的设备进行关键推力测试，发现关键和芯片连接在测试过程中会稳步退化，芯片表面的显微照片也证明了关键裂纹的增长。
来源：广东能芯，深圳福英达整理
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