提升功率半导体可靠性：推拉力测试机在封装工艺优化中的应用

随着功率半导体器件在新能源、电动汽车、工业控制等领域的广泛应用，其可靠性问题日益受到关注。塑料封装作为功率器件的主要封装形式，因其非气密性特性，在湿热环境下容易出现分层失效，严重影响器件性能和寿命。本文科准测控小编将介绍如何通过Beta S100推拉力测试机等设备，系统研究了塑封功率器件分层的失效机理，分析了材料、工艺等因素对分层的影响，并提出了针对性的工艺改进方案，为提高塑封功率器件的可靠性提供了理论依据和实践指导。

一、原理分析

1、分层机理

塑封器件分层主要是在水汽和热应力的协同作用下发生的界面失效现象，其机理包括：

湿热膨胀效应：塑封料吸湿后，在高温下（如回流焊）水分快速汽化，产生膨胀应力

热失配应力：不同材料间热膨胀系数(CTE)差异导致的热应力

界面粘接失效：塑封料与其他材料界面处的粘接强度不足

爆米花效应：内部水汽快速膨胀导致封装体开裂

2、失效模式

早期失效：封装工艺缺陷导致

焊接/粘接缺陷

引线键合缺陷

注塑缺陷

固化收缩应力缺陷

3、使用期失效

热应力破坏（温度循环导致）

湿气破坏（腐蚀、爆米花效应等）

二、相关标准

MIL-STD-883：微电子器件试验方法和程序

ASTM D1002：金属间粘接拉伸剪切强度测试

三、检测仪器和工具

1、Beta S100推拉力测试机：用于测量界面粘接强度，可进行剪切力、拉力测试

A、设备特点

a、高精度力传感器：量程可达500N，分辨率0.01N，满足微焊点与粗端子测试需求。

b、多功能测试模式：支持拉力、推力、剥离力等多种测试方式。

c、自动化操作：配备高清显微镜和软件控制，实现精准定位与数据记录。

2、推刀或钩针

3、常用工装夹具

四、测试流程

步骤一、样品选择

1、选取塑封功率器件（如 TO-252 封装），确保封装结构完整，无明显外部损伤。

2、预处理（可选）：

高温存储（125℃/24h）评估热老化影响

湿热试验（85℃/85%RH/168h）评估吸湿后粘接强度变化

固定样品：将器件固定在测试平台上，确保待测界面（如 EMC-Cu）与推刀方向平行。

步骤二、测试步骤

1、常温（25℃）剪切强度测试

a、设置参数：

测试模式：剪切力测试

测试速度：0.5mm/min（ASTM D1002 推荐）

最大载荷：根据材料预估强度设定（通常 50-200N）

b、执行测试：

推刀以恒定速度施加力，直至界面剥离或断裂。

记录最大剪切力（F max ）。

c、数据计算：

剪切强度（τ） = Fmax / 粘接面积（A）

单位：MPa（N/mm²）

步骤三、高温（150℃）剪切强度测试（模拟功率器件工作温度）

预热测试台：将温控模块加热至 150℃，稳定 10min。

放置样品：快速将样品固定，避免温度下降。

执行测试：同 5.1，记录高温下的剪切强度。

步骤四、拉力测试（可选）

适用于评估键合线、焊点等垂直方向的粘接强度。

测试方法类似，但采用拉力模式，记录最大拉力（F pull ）。

步骤五、数据分析与失效模式判定

1、强度对比

计算不同温度下的强度下降率（如 EMC-Cu 在 150℃ vs. 25℃）。

对比不同界面（EMC-Cu vs. EMC-芯片）的粘接强度差异。

2、失效模式分析

界面剥离（粘接失效）：EMC 与 Cu/芯片分离，表明粘接不良。

内聚破坏（EMC 断裂）：材料自身强度不足。

混合失效：部分界面剥离，部分材料断裂。

以上就是小编介绍的有关于塑封半导体功率电子器件分层可靠性测试的相关内容了，希望可以给大家带来帮助。如果您还对IGBT功率模块封装测试图片、测试标准、测试方法和测试原理，推拉力测试机怎么使用视频和图解，使用步骤及注意事项、作业指导书，原理、怎么校准和使用方法视频，推拉力测试仪操作规范、使用方法和测试视频，焊接强度测试仪使用方法和键合拉力测试仪等问题感兴趣，欢迎关注我们，也可以给我们私信和留言。【科准测控】小编将持续为大家分享推拉力测试机在锂电池电阻、晶圆、硅晶片、IC半导体、BGA元件焊点、ALMP封装、微电子封装、LED封装、TO封装等领域应用中可能遇到的问题及解决方案。

审核编辑 黄宇