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功率半导体和模块
全新的接合技术可认为是对英飞凌即将推出的 .XT 接合技
术的选择性提取
[10]
。为进一步研究而选择的此封装的典
型外观如图 6 所示。
试验配置和结果
在评估 DCB 系统焊接可靠性时，常用的方法是进行
加速试验。加速因子用于将试验时间和试验条件转换为
目标运行条件下的等效运行时间。加速试验中最重要的
方面是失效机理在加速试验中不能变化。被动热冲击试验
（TST）根据 IEC60068-2-14 进行，被动热循环（TC）试
验根据英飞凌用于产品检验的 QRP，选择这两个试验目
的是评估DCB 系统焊接的疲劳。通过应用不同的时间间
隔（
∆
t）和不同的温度变化(
∆
T），两个试验均引起被测
元件（DUT）的焊料层热机械应变。
1. 热冲击试验
热冲击试验是一种引起热机械应变的快速试验，
不仅用于 DCB 焊料层，也用于功率半导体模块的所有
元件。使用带有不同温度的两个实验箱。模块放置于两
个实验箱中并达到明确规定的时间，目的是确保温度达
到稳定状态。将被测元件放置于第一个实验箱中，温度
下限值为 T
min
=–40℃，典型存放时间为 t
storage
=1 小时。
经过此时间后，元件通过一个升降系统转移至第二个
实验箱，转移时间为 t
transport
<30 秒。被测元件在第二个
实验箱内放置 1 小时，温度上限为 T
max
=125℃。被测元
件随后被送回第一个实验箱并放置相同时间。T
min
加上
T
max
（2 小时）所得的总持续时间即为一个 TST 循环。
在本次热冲击试验中，元件必须承受巨大的温差——
∆
T=165K。标准工业中等功率元件的循环次数为 N
cyc
=50
次。若电气参数和结到元件外壳的热传导性能保持在试
验规范的限值之内，则证明功率元件通过了试验。
3.热冲击试验结果
在第一步中，根据英飞凌的汽车认证标准，对带有
改进的系统焊接的原型的试验次数达到 N
cyc
=1000 次，并
在 500 次循环后进行一次中间读数。试件、系统和芯片
焊接层在循环次数为 N
cyc
=0，N
cyc
=500 和 N
cyc
=1000 次时
的 SAM 图像如图 7 所示。在这些 SAM 图像中，几乎看不
出分层。此外，模块的塑料外壳及其注模金属部件在承受
巨大的热应力之后未发现任何损坏。所有的电气参数，尤
其是结到外壳的热传导性能均处于试验规范的限值之内。
因此，这些原型通过了 TST 试验，循环次数为N
cyc
=1000
次。
基于这些非常具有前景的结果，TST 持续进行至循
环次数为 N
cyc
=2000 次，并分别在循环次数为 N
cyc
=1500，
N
cyc
=1750 和 N
cyc
=2000 次时读取，研究重点在于改进的
DCB 焊料层的分层现象。图 8 显示 DCB 焊接在循环次数
为 N
cyc
=1000 和 N
cyc
=2000 次时的图像。当循环次数持续
进行到 2000 次时，两个 DCB 之间和 DCB 的边角
[8]
出现
了轻微的分层，在图 8 中以圆圈包括显示。但是由于分层
极小，不会影响芯片到壳的热传导能力。
2.热循环试验
其他原型通过被动热循环试验（TC）进行研究。
在此研究中，试验持续进行直至被测元件寿命终结
（EOL）。DCB 焊接的寿命估算可通过 EOL 结果和实际
应用的工况进行推断。
TC 试验在被动外部加热和外部冷却装置中进行。
在此被动装置下，被测元件安装于一个加热/冷却板
图5：带基板和不带基板的功率模块的模拟 IGBT 结温
图6：EconoDUAL™ 3 的典型外
观
图7：TST 循环次数达到以下值时的 DCB 原型焊接 SAM 图
像：N
cyc
= 0，N
cyc
= 500 和 N
cyc
= 1000 次