在功率半導(dǎo)體模塊的設(shè)計和驗證中，關(guān)鍵材料AMB陶瓷基板的可靠性，是一項重要考慮因素。出于對目標(biāo)達(dá)成和封裝方式的考慮，工程設(shè)計不得不綜合考慮陶瓷基板的電氣、熱性能和機械性能。陶瓷覆銅板的可靠性，可以表現(xiàn)為耐機械應(yīng)力和熱應(yīng)力的能力，通常用熱循環(huán)或熱沖擊測試來表征。
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陶瓷覆銅板可靠性的影響因素包括：原材料的物理特性（銅和陶瓷以及同它們直接的界面過渡層）、基板設(shè)計、測試條件、測試標(biāo)準(zhǔn)等。
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? ? ? 陶瓷基板在測試或使用中失效的機理主要有以下幾種：
a、陶瓷屬于脆性材料，在應(yīng)力條件下容易產(chǎn)生疲勞斷裂；
b、由于銅和陶瓷的熱膨脹系數(shù)（CTE）不匹配產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；
c、內(nèi)應(yīng)力主要集中在銅的邊緣和陶瓷連接處；
d、尖角避免圓角更容易產(chǎn)生裂紋；
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模塊在服役過程中進(jìn)行頻繁的開關(guān)而導(dǎo)致周期性的溫度變化，由于陶瓷基板中銅層和陶瓷層材料的熱膨脹系數(shù)不匹配，基板內(nèi)上下銅層與中間陶瓷層之間相互變形約束而導(dǎo)致熱應(yīng)力的產(chǎn)生，長期工作條件下會進(jìn)一步導(dǎo)致陶瓷層斷裂、界面脫層等失效。為了測試失效次數(shù)，了解失效機理，常采用熱沖擊或熱循環(huán)試驗。
因此，陶瓷基板可靠性測試分為熱沖擊測試和熱循環(huán)測試。一般來說，熱沖擊測試比熱循環(huán)測試嚴(yán)苛。熱沖擊測試或熱循環(huán)池測試，按試樣在高低溫室之間的轉(zhuǎn)換方式不同，可分為三種（以+125?-40℃循環(huán)為例，125℃為高溫室，-40℃為低溫室）：
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第一種：冷熱沖擊箱為2箱，高低溫轉(zhuǎn)換時間短，樣品從高溫到低溫或者從低溫到高溫的轉(zhuǎn)換時間小于10秒，轉(zhuǎn)換時高低溫箱體有輕微的溫度擾動，樣品停留在高溫室或低溫室的時間均為30分鐘；
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第二種：冷熱沖擊箱為2箱，高低溫轉(zhuǎn)換時間長，樣品從高溫到低溫或者從低溫到高溫的轉(zhuǎn)換時間為5分鐘，轉(zhuǎn)換時高低溫箱體有嚴(yán)重的溫度擾動，樣品要花費更多的時間才能達(dá)到標(biāo)稱溫度，樣品停留在高溫室或低溫室的時間均為30分鐘；
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第三種：冷熱沖擊箱為3箱，除高溫室和低溫室，還有一個25℃的常溫室，作為高低溫室之間的過渡。任何時候，樣品從低溫室到高溫室或從高溫室到低溫室，首先用小于10秒的時間到25℃常溫室，并保溫10分鐘，從而使得樣品達(dá)到常溫。樣品停留在高溫室或低溫室的時間均為30分鐘。
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本公司的冷熱沖擊試驗箱，滿足GJB548B-2005-1010，條件C（同等標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-883J-1010,Condition C）對熱循環(huán)設(shè)備的要求，測試溫度是在 -65℃?+150℃之間循環(huán)。
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根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，熱循環(huán)溫度變化范圍為215℃（-65~150℃），由于熱循環(huán)試驗主要考察的是材料本身性能對極端環(huán)境條件的響應(yīng)，要求元件內(nèi)部濕度一致，排除溫度梯度對失效的影響（與熱沖擊試驗區(qū)分開）。本次試驗高低溫保持時間各為15分鐘，中間冷熱轉(zhuǎn)換時間不超過2分鐘。試驗箱內(nèi)設(shè)置熱電偶檢測實時試樣的實際溫度，溫度曲線如圖1所示，實測溫度基本與所設(shè)定的溫度相吻合。
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經(jīng)過不同批次、長時間跨度的隨機抽樣檢測，熱循環(huán)次數(shù)Si3N4≥5000次，ALN≥1500次，AL2O3≥500次,ZTA(氧化鋯增強氧化鋁）≥1000次。
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來源：芯舟電子
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