基于EMR与V_(eE_peak)组合电参数的IGBT模块封装老化监测

该文提出一种基于电磁辐射干扰(EMR)与V_(eE_peak)组合电参数监测IGBT模块封装老化的方法,旨在监测多种老化同时发生时IGBT模块的健康状态。首先,分析V_(eE_peak)和EMR的产生机理以及模块内部寄生参数对VeE和EMR的影响;其次,分析不同老化对IGBT模块内部寄生参数的影响;最后,结合实验结果证明所提方法的正确性。这是一种不需要复杂监测电路的非侵入式监测方法,可有效降低多种老化耦合对IGBT模块健康状态监测结果产生的误差。

某高导热绝缘胶在星载端机可靠性应用评价

针对星载端机对高导热绝缘底填胶可靠性应用需求,开展双组分高导热绝缘胶可靠性及环境适应性综合影响评估。通过导热绝缘胶性能测试标准样件,测试验证本征性能指标及工艺性指标,并分析评估其合格性;设计制作典型BGA菊花链网络结构样件,采用导热胶填充工艺技术,验证导热绝缘胶空洞率对BGA器件焊点的影响,评价其工艺适应性;设计制作星载端机载荷,开展星载产品验收级环境与可靠性试验,验证端机载荷具有经受工作应力和环境应力的能力。该高导热绝缘胶满足星载产品散热及抗高载荷的需求,实现可靠性应用。

基于改进双支耦合Cauer模型的逆变器中IGBT模块结温预测方法

在严苛工况下,应用于光伏发电和风电系统逆变器中的IGBT模块极易老化,进而在焊料层中形成空洞,而芯片材料的热物性也会因高温而发生变化,两者结合将大幅影响耦合模型的预测精度。基于此,在热耦合效应下,对焊料层空洞和芯片热效应对芯片结温的影响进行分析,建立同时考虑IGBT芯片焊料层空洞损伤和芯片材料热效应的改进双支耦合Cauer模型。通过有限元方法研究不同空洞率对IGBT模块热特性的影响,并给出含有空洞时焊料层热阻的计算方法。在此基础上,进一步考虑IGBT模块芯片热参数对温度的依赖关系,建立芯片热阻-温度的函数模型。最终,通过实验验证所提改进模型的准确性和有效性,提高了IGBT模块的结温预测精度,增强了光伏发电和风电系统中逆变器的可靠性。

IGBT模块焊料层空洞对模块温度影响的研究

介绍了IGBT模块的封装工艺,分析真空回流焊接过程中焊料层空洞的形成机理,并使用SAM方法检测并测量空洞;接着通过有限元模拟方法对模块进行热分析,对比了焊料层有、无空洞情况下模块的整体温度,具体研究焊料层空洞尺寸、空洞分布位置和焊料层厚度对芯片温度分布的影响。

焊料层空洞对IGBT器件热稳定性的影响

为了查明封装疲劳对绝缘栅双极型晶体管（IGBT）热特性的影响,从封装结构的角度分析了焊料层空洞对IGBT器件热稳定性的影响规律。首先建立了IGBT芯片封装的有限元模型,然后结合传热学分析了焊料层空洞大小、位置以及分布对IGBT芯片最高结温的影响规律并进行了仿真,最后基于加速寿命实验进行了验证。结果表明：空洞率相同时,芯片对角线上的空洞对芯片最高结温的影响最大;位置相同时,芯片顶点位置空洞大小的变化对芯片最高结温的影响最大;2种情况下,单个空洞的影响均大于相同空洞率下的空洞分布影响,而空洞分布中的中心集中分布对芯片最高结温的影响最大;芯片最高结温随空洞率增大而近似呈线性关系增大,芯片结壳热阻与空洞率也近似呈线性关系增大,验证了理论分析的正确性。研究结论可从封装疲劳的角度对IGBT尽限应用提供指导。

BGA焊点空洞对信号传输性能的影响

焊点空洞问题是影响BGA焊点质量和可靠性的重要因素之一。基于三维电磁场仿真软件HFSS对单个焊点空洞建模,分别研究了BGA焊点中不同位置、大小和数目的空洞对焊点传输性能的影响。研究结果表明,焊点内部空洞比表面处空洞对信号传输性能的影响更大;在焊点表面上的空洞,位于焊点中部的空洞比接近上下焊盘的空洞对信号传输性能的影响大;随着焊点中空洞体积增大或空洞数目的增加,焊点的回波损耗增大。

热循环加载片式元器件带空洞无铅焊点的可靠性

建立了片式元器件带空洞无铅焊点有限元分析模型,研究了热循环加载条件下空洞位置和空洞面积对焊点热疲劳寿命的影响。结果表明:热循环加载条件下空洞位置和空洞面积显著影响焊点热疲劳寿命。空洞位置固定于焊点中部且面积分别为7.065×10–4,1.256×10–3,1.963×10–3和2.826×10–3 mm2时,焊点热疲劳寿命依次为1 840,2 022,1 464和1 461周,空洞面积小的焊点寿命不一定高。

焊料空隙对隧道再生半导体激光器温度分布的影响

针对隧道再生半导体激光器,建立了内部的热源分布模型.模拟计算得到了2个有源区隧道再生半导体激光器三维稳态温度分布,分析了焊料空隙对芯片内部稳态温度分布的影响.结果表明,当芯片与焊料为理想全接触时,靠近衬底的有源区的热量积累略高于靠近热沉的有源区的热量;随着空隙的增大,焊料空隙上方靠近热沉的有源区的局部温升较快,容易引起正反馈的电热烧毁,与实验结果吻合.

基于结构函数的功率MOSFET器件热阻研究

热阻是衡量功率MOSFET器件散热能力的重要参数,对其准确测试与分析具有重要意义。基于结构函数理论,同一功率MOSFET器件在不同条件下进行两次实验,通过积分结构函数分离点来确定器件热阻。该方法简单准确,可重复性好,实验测试结果为0.5 K/W,与有限元(FE)建模获得的0.44 K/W符合较好。对比两不同批次器件的微分结构函数,其中一种器件微分结构函数发生0.2 K/W偏移,超声波扫描(SAM)发现该器件焊料层存有空洞,该方法可用来判断器件内部工艺的好坏。

微尺寸SnAg凸点的制备技术及其互连可靠性

用电镀法制备了尺寸小于100μm的面阵列Sn-3.0Ag凸点.芯片内凸点的高度一致性约1.42%,Φ100mm硅圆片内的高度一致性约3.57%,Ag元素在凸点中分布均匀.研究了不同回流次数下SnAg/Cu的界面反应和孔洞形成机理,及其对凸点连接可靠性的影响.回流过程中SnAg与Cu之间Cu6Sn5相的生长与奥氏熟化过程相似.SnAg/Cu6Sn5界面中孔洞形成的主要原因是相转变过程中发生的体积缩减.凸点的剪切强度随着回流次数的增多而增大,且多次回流后SnAg/Cu界面仍然结合牢固.Cu6Sn5/Cu平直界面中形成的孔洞对凸点的长期可靠性构成威胁.

Sn基钎料/Cu焊点Kirkendall空洞抑制研究

无铅钎料Sn-3.5Ag/Cu焊点用于微电子封装电子器件的互连,随着电镀铜的使用,电镀铜中引入杂质,以及焊点尺寸减小,封装密度增大,产生的Kirkendall空洞会使焊点在服役过程中严重影响接头的可靠性。文章分析了Kirkendall空洞形成机制,研究了抑制Kirkendall空洞的措施。

焊接层空洞率对LED背光源组件热阻的影响

焊接层空洞是引起电子器件和光电子器件失效的一种重要因素,同时也是应用系统可靠性研究的重要内容之一。它增大了焊接层的热阻使得功率半导体芯片由于散热不良而失效,本文通过实验研究了空洞率对LED背光源组件热阻的影响,结果显示随着焊接层空洞率的增大,样品结温与组件热阻都明显增加,且基本呈线性增长趋势,当空洞率约为17%时,热阻增长6.03%,结温提高1.74%;当空洞率约为73%时,热阻增长24.7%,结温提高9%。

Cu/Sn/Cu界面元素的扩散行为研究现状

从老化过程的界面作用和Cu/Sn/Cu界面元素扩散行为等方面,综述了国内外研究动态与进展。随后,着重介绍了老化过程Sn基钎料和Cu基板的界面反应和柯肯达尔孔洞形成的影响因素,并且柯肯达尔孔洞的形成与界面组分元素的扩散直接相关。最后指出了Cu/Sn/Cu焊点扩散行为研究中存在的问题,提出采用实验与分子动力学模拟相结合的方法开展研究,为以后界面元素扩散的研究起到启发作用。

焊料层空洞对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块温度分布的影响

作为新能源发电、电动汽车和智能电网的重要单元,IGBT模块得到越来越广泛的应用,其安全可靠性也受到更多的关注。当前功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件封装形式主要有焊接式和压接式两种;而其中焊接式发展较成熟,应用较广泛。作为构成IGBT模块的关键单元和实现IGBT模块功能的关键部分,焊料层的可靠性显得尤为重要。焊料层的失效形式主要有:空洞扩大、各材料的热膨胀系数不匹配导致的热疲劳;其中焊料层空洞由于焊接工艺局限性而难以避免。应用多物理场有限元仿真软件COMSOL,建立IGBT模块的三维模型;研究焊料层空洞不同位置、不同大小对IGBT模块芯片最高温度的影响;并研究新型材料Sn-Ag-Cu-0. 5Sb较传统焊料层材料Sn-Ag-Cu的优势。仿真结果表明同工况下,焊料为Sn-Ag-Cu-0. 5Sb时,芯片温度都比焊料为Sn-Ag-Cu时低一些,显示出较好的焊料性能。

共晶焊料焊接的孔隙率研究

大功率或高功率密度的高可靠集成电路等通常采用合金焊料焊接芯片,以降低封装热阻和提高芯片焊接的可靠性。合金焊料焊接方式主要有真空烧结、保护气氛下静压烧结、共晶摩擦焊等。不同焊接工艺有其不同的适应性和焊接可靠性。文章以高可靠封装常用金基焊料的共晶焊接为例,探讨在相同封装结构、不同共晶焊接工艺下焊接层孔隙率,以及相同工艺设备、工艺条件下随芯片尺寸增大孔隙率的变化趋势。研究结果表明:金-硅共晶摩擦焊工艺的孔隙率低于金-锡真空烧结工艺和金-锡保护气氛静压烧结;同一焊接工艺,随着芯片尺寸变大,其孔隙率变化不显著,但单个空洞的尺寸有明显增大趋势。

热循环条件下空洞对PBGA焊点热疲劳寿命的影响

球栅阵列(ball grid array,BGA)封装器件的广泛应用使空洞对焊点可靠性的影响成为业界关注的焦点之一。采用非线性有限元分析方法和统一型粘塑性本构方程,以PBGA组装焊点为对象,建立了互连焊点热应变损伤的三维有限元模型,并基于修正的Coffin-Manson方程,分析了在热循环加载条件下不同位置和大小的空洞对焊点疲劳寿命的影响。研究结果显示,位于原应力集中区的空洞将降低焊点疲劳寿命,基于应变失效机理,焊点裂纹易在该类空洞周围萌生和扩展;位于焊球中心和远离原应力集中区的空洞,在一定程度上可提高焊点的疲劳寿命。

粘结层空洞对功率器件封装热阻的影响

功率器件的热阻是预测器件结温和可靠性的重要热参数,其中芯片粘接工艺过程引起的粘结层空洞对于器件热性能有很大的影响。采用有限元软件Ansys Workbench对TO3P封装形式的功率器件进行建模与热仿真,精确构建了不同类型空洞的粘结层模型,包括不同空洞率的单个大空洞和离散分布小空洞、不同深度分布的浅层空洞和沿着对角线分布的大空洞。结果表明,单个大空洞对器件结温和热阻升高的影响远大于相同空洞率的离散小空洞;贯穿粘结层的空洞和分布在芯片与粘结层之间的浅空洞会显著引起热阻上升;分布在粘结层边缘的大空洞比中心和其他位置的大空洞对热阻升高贡献更大。

BGA焊点气孔对可靠性的影响及其改善措施

结合实际工作中的经验和体会,探讨球栅阵列元器件焊点的气孔现象及其产生机理,重点讨论气孔与焊点可靠性的关系,认为非焊点与基板界面处(IMC)及焊点和BGA的Substrate结合处的气孔对焊点可靠性的影响不是很显著。最后,通过对人、机、料、法、环5个环节进行分析,找到避免产生气孔的一些途径。

电子封装微焊点中的柯肯达尔孔洞问题

简述目前在微焊点内部产生的六种孔洞缺陷。微焊点中的孔洞会导致焊点强度快速下降,一直危害着电子产品的可靠性,软钎料/Cu基盘界面在高温时效老化后会出现了大量的柯肯达尔孔洞,柯肯达尔孔洞的存在将会对应用于高温环境和高应力的封装焊点可靠性产生不好的影响。结合目前的研究状况分析了时效老化时Kirkendall(柯肯达尔)孔洞的形成机理和Kirkendall孔洞对焊点可靠性的影响,重点研究了焊盘材料、材质、焊料掺杂元素和UBM预处理等因素影响柯肯达尔孔洞形成的机理。

回流焊峰值温度对混装BGA焊点的影响研究

针对当前大量使用有铅焊料焊接无铅BGA的实际现状,通过调控有铅制程回流曲线的峰值温度,研究其对混装BGA焊点坍塌高度、空洞率及微观组织的影响。结果表明,峰值温度从210℃提升至225℃,无铅BGA焊球能够全部充分坍塌且高度保持一致;峰值温度为210℃时,混合焊点内的空洞率最低,随着峰值温度的升高,空洞尺寸和空洞率均有所增加;峰值温度为215℃时的微观组织最细小且尺寸分布最均匀,继续提升峰值温度,微观组织尺寸会随之增大。因此使用有铅焊料焊接无铅BGA的最佳峰值温度为215℃,与有铅制程保持一致。