钼缓冲层对SiC功率器件封装可靠性的影响

采用有限元分析方法,对有无钼缓冲层的两种封装结构进行了热循环和稳态热机械可靠性对比研究。结果表明,在封装中加入钼缓冲层后对芯片的金属化层的影响较小,但使碳化硅芯片的等效应力降低了60.2%,芯片焊料层的等效应力降低了46.28%,同时芯片焊料层的疲劳寿命增加了约1380倍。进一步用响应面法(RSM)分析了钼缓冲层的尺寸对封装中各组件的应力和应变的影响,结果表明,钼缓冲层的直径接近芯片的对角线长度时,寿命最佳;增加缓冲层厚度可提升缓冲效果,但会降低底座焊料层寿命;钼缓冲层最优厚度为0.5~0.7 mm,对应的芯片焊料层寿命为2058771~1867470次循环,底座焊料层寿命为1026~1049次循环,分别为无钼缓冲层结构的2983~2706倍和1.49~1.52倍。在相同热功耗下,芯片焊料层应力和底座焊料层应力仍分别降低83.6%~85.1%和17.2%~15.1%。