隨著功率半導體器件在新能源、電動汽車、工業控制等領域的廣泛應用，其可靠性問題日益受到關注。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，在濕熱環境下容易出現分層失效，嚴重影響器件性能和壽命。本文科準測控小編將介紹如何通過Beta S100推拉力測試機等設備，系統研究了塑封功率器件分層的失效機理，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方案，為提高塑封功率器件的可靠性提供了理論依據和實踐指導。

一、原理分析

1、分層機理

塑封器件分層主要是在水汽和熱應力的協同作用下發生的界面失效現象，其機理包括：

濕熱膨脹效應：塑封料吸濕后，在高溫下（如回流焊）水分快速汽化，產生膨脹應力

熱失配應力：不同材料間熱膨脹系數(CTE)差異導致的熱應力

界面粘接失效：塑封料與其他材料界面處的粘接強度不足

爆米花效應：內部水汽快速膨脹導致封裝體開裂

2、失效模式

早期失效：封裝工藝缺陷導致

焊接/粘接缺陷

引線鍵合缺陷

注塑缺陷

固化收縮應力缺陷

3、使用期失效

熱應力破壞（溫度循環導致）

濕氣破壞（腐蝕、爆米花效應等）

二、相關標準

MIL-STD-883：微電子器件試驗方法和程序

ASTM D1002：金屬間粘接拉伸剪切強度測試

三、檢測儀器和工具

1、Beta S100推拉力測試機：用于測量界面粘接強度，可進行剪切力、拉力測試

A、設備特點

a、高精度力傳感器：量程可達500N，分辨率0.01N，滿足微焊點與粗端子測試需求。

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，實現精準定位與數據記錄。

2、推刀或鉤針

3、常用工裝夾具

四、測試流程

步驟一、樣品選擇

1、選取塑封功率器件（如 TO-252 封裝），確保封裝結構完整，無明顯外部損傷。

2、預處理（可選）：

高溫存儲（125℃/24h）評估熱老化影響

濕熱試驗（85℃/85%RH/168h）評估吸濕后粘接強度變化

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℃）剪切強度測試

a、設置參數：

測試模式：剪切力測試

測試速度：0.5mm/min（ASTM D1002 推薦）

最大載荷：根據材料預估強度設定（通常 50-200N）

b、執行測試：

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 max ）。

c、數據計算：

剪切強度（τ） = Fmax / 粘接面積（A）

單位：MPa（N/mm2）

步驟三、高溫（150℃）剪切強度測試（模擬功率器件工作溫度）

預熱測試臺：將溫控模塊加熱至 150℃，穩定 10min。

放置樣品：快速將樣品固定，避免溫度下降。

執行測試：同 5.1，記錄高溫下的剪切強度。

步驟四、拉力測試（可選）

適用于評估鍵合線、焊點等垂直方向的粘接強度。

測試方法類似，但采用拉力模式，記錄最大拉力（F pull ）。

步驟五、數據分析與失效模式判定

1、強度對比

計算不同溫度下的強度下降率（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。

內聚破壞（EMC 斷裂）：材料自身強度不足。

混合失效：部分界面剝離，部分材料斷裂。

以上就是小編介紹的有關于塑封半導體功率電子器件分層可靠性測試的相關內容了，希望可以給大家帶來幫助。如果您還對IGBT功率模塊封裝測試圖片、測試標準、測試方法和測試原理，推拉力測試機怎么使用視頻和圖解，使用步驟及注意事項、作業指導書，原理、怎么校準和使用方法視頻，推拉力測試儀操作規范、使用方法和測試視頻，焊接強度測試儀使用方法和鍵合拉力測試儀等問題感興趣，歡迎關注我們，也可以給我們私信和留言。【科準測控】小編將持續為大家分享推拉力測試機在鋰電池電阻、晶圓、硅晶片、IC半導體、BGA元件焊點、ALMP封裝、微電子封裝、LED封裝、TO封裝等領域應用中可能遇到的問題及解決方案。

審核編輯 黃宇