目前大功率 SiC IGBT 器件常用高熔點(diǎn)的高鉛焊料作為固晶材料，為保證功率器件的長(zhǎng)期使用，需研究溫度沖擊條件下高鉛焊點(diǎn)的疲勞可靠性，并探究其失效機(jī)理。采用 Pb92.5Sn5Ag2.5 作為 SiC 芯片和基板的固晶材料，探究溫度沖擊對(duì)固晶結(jié)構(gòu)中互連層疲勞失效的影響。

試驗(yàn)設(shè)備：環(huán)儀儀器 冷熱沖擊試驗(yàn)箱

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：聯(lián)合電子器件工程委員會(huì)

試驗(yàn)過(guò)程：

首先觀察溫度沖擊之后焊點(diǎn)的截面組織，分析高鉛焊料的組織演變過(guò)程，使用高低溫度沖擊試驗(yàn)箱對(duì)樣品進(jìn)行不同次數(shù)的溫度沖擊試驗(yàn)，選取 JEDEC 中的溫度沖擊條件：高溫 150 ℃保持 15 min，低溫-65 ℃保持 15 min， 高低溫轉(zhuǎn)換時(shí)間不超過(guò) 3 min，溫度沖擊爐溫曲線。

然后對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行剪切試驗(yàn)，測(cè)量經(jīng)過(guò) TST 后焊點(diǎn)的剪切強(qiáng)度，觀察焊點(diǎn)斷裂截面。

同時(shí)對(duì)高鉛焊點(diǎn)的溫度沖擊過(guò)程進(jìn)行模擬，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果分析溫度沖擊對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量的影響機(jī)理，為生產(chǎn)中使用高鉛焊料焊接 SiC 芯片提供可靠性數(shù)據(jù)與失效分析基礎(chǔ)。

試驗(yàn)結(jié)論：

1）溫度沖擊后，焊點(diǎn)剪切截面的部分?jǐn)嗔褏^(qū)域會(huì)從芯片鍍層變化到 Cu3Sn 界面；由于 Ag 和Sn 在焊點(diǎn)內(nèi)部生成 Ag3Sn，導(dǎo)致焊點(diǎn)基體變脆，在 750 次溫度沖擊后，焊料基體斷裂形式由韌性斷裂向脆性斷裂轉(zhuǎn)變，焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度迅速降低。

2）溫度沖擊會(huì)導(dǎo)致焊料層在熱失配的作用下受到較大的熱應(yīng)力，并且在焊料層的上界面邊角處出現(xiàn)了應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變能集中；焊料層上界面不均勻分布的塊狀 Ag3Sn 會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致界面邊角位置的應(yīng)力變得復(fù)雜與集中，最終在界面處的 Ag3Sn 中萌生裂紋。

如有試驗(yàn)疑問，可以咨詢“環(huán)儀儀器”技術(shù)人員。