隨著新能源汽車、光伏儲能、工業控製、軌道交通等領域對功率器件的功率密度、工作溫度和長期可靠性要求不斷提高，IGBT功率模塊作為電能轉換與控製中的關鍵器件，其可靠性驗證需求也不斷上漲。

 

IGBT模塊的可靠性不僅取決於IGBT芯片本身，也與芯片貼裝、鍵合互連、DBC基板以及焊接/燒結等封裝工藝密切相關。本文TIKTOK色情版下载測控小編基於Alpha-W260自動推拉力測試機的使用，圍繞IGBT是什麽、IGBT功率模塊封裝結構、常見封裝失效、IGBT推拉力測試項目及測試設備等方麵，為大家詳細講解IGBT功率模塊機械可靠性測試方法。

 

一、IGBT是什麽？

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），中文名稱為絕緣柵雙極型晶體管，是一種重要的功率半導體器件。具有輸入阻抗高、驅動功率較小、開關速度較快以及較強載流能力等特點，主要用於電能轉換、逆變及功率控製。

IGBT模塊通過將多個IGBT芯片、FRD芯片及相關互連結構集成封裝，可應用於新能源汽車電機驅動、光伏及儲能逆變器、工業變頻器、軌道交通充電樁、UPS電源、智能電網等領域。

 

二、IGBT功率模塊封裝結構

IGBT功率模塊典型結構主要包括：IGBT芯片 / FRD芯片、芯片焊接層或燒結層、DBC陶瓷覆銅基板、基板連接層、散熱底板。芯片頂部通常通過鋁線、銅線等鍵合結構與電極、端子建立電氣連接。

 

傳統IGBT模塊常見鋁線鍵合及焊料連接，而為了提高功率密度和高溫可靠性，也在逐漸應用銅線/銅帶互連、銀燒結等封裝技術。

 

三、IGBT功率模塊為什麽會出現封裝失效？

IGBT工作過程中會不斷經曆發熱和冷卻。

由於芯片、焊料/燒結層、銅層、陶瓷基板以及底板等不同材料的熱膨脹係數存在差異，長期溫度循環和功率循環會在不同材料界麵產生熱機械應力。

比較典型的機械失效包括：

1. 鍵合線脫落

鍵合線與芯片焊盤之間連接強度不足，在熱循環及長期工作過程中可能出現鍵合點鬆動、脫落等問題。

2. 芯片連接層失效

IGBT芯片通常通過焊接或燒結方式固定於DBC基板。若連接層存在空洞、工藝不穩定或界麵結合不足，可能影響芯片機械連接和散熱性能。

 

3. 焊接/燒結界麵疲勞

長期功率循環會使連接界麵反複承受熱機械應力，可能逐漸形成裂紋、分層或局部脫離。

4. DBC及多材料界麵分層

DBC陶瓷、銅層、連接層和底板等結構之間也可能由於熱應力出現界麵損傷。

 

四、IGBT功率模塊常見推拉力測試

針對IGBT內部不同封裝結構，可以采用不同的機械強度測試方法。

1. IGBT芯片剪切測試（Die Shear）

芯片剪切主要用於評價IGBT芯片與DBC基板之間焊接層或燒結層的結合強度。

測試時，將IGBT模塊或DBC組件固定在測試平台上，根據芯片尺寸選擇合適的剪切工具，並將工具下降至規定高度。

隨後沿接近芯片安裝平麵的方向推動芯片，直至芯片發生脫離或連接界麵失效，同時記錄最大剪切力。

通過測試不僅可以得到剪切力，還可以結合失效後的界麵狀態判斷：芯片是否完整脫離、焊接/燒結層是否發生界麵破壞、芯片是否破裂、基板表麵是否存在殘留材料

 

2. IGBT鍵合線拉力測試（Wire Pull）

IGBT功率模塊內部通常存在大量鍵合線，用於連接芯片頂部電極與DBC銅層或端子。

測試時，將拉鉤移動至鍵合線下方，然後按照規定速度向上加載，直至鍵合線或鍵合點發生斷裂。

通過測試可以獲得：鍵合線拉力、斷裂位置及失效模式。

常見失效位置包括鍵合線中部斷裂、第一/第二鍵合點附近斷裂以及鍵合點脫離等。

如果拉力值異常偏低或者失效位置集中出現在鍵合界麵，則需要進一步檢查鍵合壓力、超聲參數、鍵合時間及表麵狀態等工藝因素。資料同樣指出，鋁線鍵合過程中，鍵合位置、力度、時間、設備參數及夾具設計等都會影響最終質量。

3. 端子及其他連接結構強度測試

除了芯片和鍵合線外，IGBT模塊還包含功率端子、信號端子及其他機械連接結構。

根據具體產品結構，還可以進行：

端子拉力、端子推力、連接件剪切以及其他封裝結構機械強度測試。

具體測試方式需要根據產品結構、連接形式以及對應標準要求確定。

 

五、IGBT推拉力測試設備

針對IGBT芯片、鍵合線及相關微小連接結構測試，可采用TIKTOK色情版下载測控Alpha-W260自動推拉力測試機進行機械強度檢測。

針對不同IGBT封裝結構，可配置相應的測試工裝，實現多種測試方式。

 

對於多芯片IGBT功率模塊，一個模塊內部可能同時存在多個IGBT芯片、二極管以及大量鍵合線，因此測試點數量較多。

Alpha-W260可結合顯微視覺係統進行測試位置定位，並針對陣列或多測試點樣品進行自動化測試，減少人工逐點定位帶來的操作差異，同時記錄對應測試數據。

對於IGBT模塊研發、封裝工藝驗證以及質量檢測，可以通過機械強度數據進一步分析芯片貼裝、焊接/燒結及鍵合工藝的穩定性。

 

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