隨著功率半導(dǎo)體器件在新能源、電動汽車、工業(yè)控制等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其可靠性問題日益受到關(guān)注。塑料封裝作為功率器件的主要封裝形式，因其非氣密性特性，在濕熱環(huán)境下容易出現(xiàn)分層失效，嚴(yán)重影響器件性能和壽命。本文科準(zhǔn)測控小編將介紹如何通過Beta S100推拉力測試機(jī)等設(shè)備，系統(tǒng)研究了塑封功率器件分層的失效機(jī)理，分析了材料、工藝等因素對分層的影響，并提出了針對性的工藝改進(jìn)方案，為提高塑封功率器件的可靠性提供了理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。
一、原理分析
1、分層機(jī)理
塑封器件分層主要是在水汽和熱應(yīng)力的協(xié)同作用下發(fā)生的界面失效現(xiàn)象，其機(jī)理包括：
濕熱膨脹效應(yīng)：塑封料吸濕后，在高溫下（如回流焊）水分快速汽化，產(chǎn)生膨脹應(yīng)力
熱失配應(yīng)力：不同材料間熱膨脹系數(shù)(CTE)差異導(dǎo)致的熱應(yīng)力
界面粘接失效：塑封料與其他材料界面處的粘接強(qiáng)度不足
爆米花效應(yīng)：內(nèi)部水汽快速膨脹導(dǎo)致封裝體開裂
2、失效模式
早期失效：封裝工藝缺陷導(dǎo)致
焊接/粘接缺陷
引線鍵合缺陷
注塑缺陷
固化收縮應(yīng)力缺陷
3、使用期失效
熱應(yīng)力破壞（溫度循環(huán)導(dǎo)致）
濕氣破壞（腐蝕、爆米花效應(yīng)等）
二、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
MIL-STD-883：微電子器件試驗(yàn)方法和程序
ASTM D1002：金屬間粘接拉伸剪切強(qiáng)度測試
三、檢測儀器和工具
1、Beta S100推拉力測試機(jī)：用于測量界面粘接強(qiáng)度，可進(jìn)行剪切力、拉力測試
A、設(shè)備特點(diǎn)
a、高精度力傳感器：量程可達(dá)500N，分辨率0.01N，滿足微焊點(diǎn)與粗端子測試需求。
b、多功能測試模式：支持拉力、推力、剝離力等多種測試方式。
c、自動化操作：配備高清顯微鏡和軟件控制，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位與數(shù)據(jù)記錄。
2、推刀或鉤針
3、常用工裝夾具
四、測試流程4. 測試樣品準(zhǔn)備
步驟一、樣品選擇
1、選取塑封功率器件（如 TO-252 封裝），確保封裝結(jié)構(gòu)完整，無明顯外部損傷。
2、預(yù)處理（可選）：
高溫存儲（125℃/24h）評估熱老化影響
濕熱試驗(yàn)（85℃/85%RH/168h）評估吸濕后粘接強(qiáng)度變化
固定樣品：將器件固定在測試平臺上，確保待測界面（如 EMC-Cu）與推刀方向平行。
步驟二、測試步驟
1、常溫（25℃）剪切強(qiáng)度測試
a、設(shè)置參數(shù)：
測試模式：剪切力測試
測試速度：0.5mm/min（ASTM D1002 推薦）
最大載荷：根據(jù)材料預(yù)估強(qiáng)度設(shè)定（通常 50-200N）
b、執(zhí)行測試：
推刀以恒定速度施加力，直至界面剝離或斷裂。
記錄最大剪切力（F<sub>max</sub>）。
c、數(shù)據(jù)計(jì)算：
剪切強(qiáng)度（τ） = F<sub>max</sub> / 粘接面積（A）
單位：MPa（N/mm2）
步驟三、高溫（150℃）剪切強(qiáng)度測試（模擬功率器件工作溫度）
預(yù)熱測試臺：將溫控模塊加熱至 150℃，穩(wěn)定 10min。
放置樣品：快速將樣品固定，避免溫度下降。
執(zhí)行測試：同 5.1，記錄高溫下的剪切強(qiáng)度。
步驟四、拉力測試（可選）
適用于評估鍵合線、焊點(diǎn)等垂直方向的粘接強(qiáng)度。
測試方法類似，但采用拉力模式，記錄最大拉力（F<sub>pull</sub>）。
步驟五、數(shù)據(jù)分析與失效模式判定
1、強(qiáng)度對比
計(jì)算不同溫度下的強(qiáng)度下降率（如 EMC-Cu 在 150℃ vs. 25℃）。
對比不同界面（EMC-Cu vs. EMC-芯片）的粘接強(qiáng)度差異。
2、失效模式分析
界面剝離（粘接失效）：EMC 與 Cu/芯片分離，表明粘接不良。
內(nèi)聚破壞（EMC 斷裂）：材料自身強(qiáng)度不足。
混合失效：部分界面剝離，部分材料斷裂。
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