功率模塊引線鍵合界面的疲勞斷裂特性研究.pdf

1、引線鍵合是電子封裝領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛的一種微互連方式，引線鍵合的可靠性問題一直是廣大學(xué)者研究的熱點(diǎn)。引線鍵合的失效主要分為鍵合界面的脫粘以及引線頸部的斷裂兩大類。針對鍵合界面的失效，許多學(xué)者提出了不同的經(jīng)驗(yàn)公式，用來預(yù)測界面的疲勞壽命及裂紋擴(kuò)展情況。近年來，隨著內(nèi)聚力模型的不斷發(fā)展，內(nèi)聚力模型已經(jīng)被證明能夠很好地描述界面的失效情況。因此，為了更加深入地了解引線鍵合界面的失效問題，可以將內(nèi)聚力模型引入到引線鍵合界面失效的研究中來，以彌補(bǔ)經(jīng)

2、驗(yàn)公式在描述疲勞斷裂失效過程中的不足之處。本文工作概括如下:
　　(1)建立了一種改進(jìn)的分段插值的內(nèi)聚力模型，可以表征不同形狀的內(nèi)聚力模型。利用有限元模擬的方式，對內(nèi)聚力模型形狀的影響進(jìn)行了研究。為確定分段插值內(nèi)聚力模型的參數(shù)，提出了一種“兩步法”參數(shù)反演辨識方法，分別基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與偽實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對反演方法的準(zhǔn)確性以及效率進(jìn)行了驗(yàn)證。比較分析了反演信息對反演結(jié)果的影響，結(jié)果表明，將多種信息結(jié)合起來進(jìn)行反演分析，能夠得到比利用單一信息

3、進(jìn)行反演更為可靠、統(tǒng)一的結(jié)果。
　　(2)對功率模塊進(jìn)行了溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)，分析了功率模塊引線鍵合部位的失效情況。結(jié)果顯示，引線鍵合的失效主要集中在界面處和引線頸部。通過有限元模擬的方式，對不同封裝材料的功率模塊模型進(jìn)行了失效分析。利用子模型法，對引線鍵合進(jìn)行了更為真實(shí)的建模，結(jié)合Coffin-Manson壽命預(yù)測理論，預(yù)測了功率模塊在不同封裝下的疲勞壽命。
　　(3)基于現(xiàn)有的疲勞損傷理論，建立了一種包含損傷的循環(huán)內(nèi)聚力模型。

4、將循環(huán)內(nèi)聚力模型與引線鍵合模型相結(jié)合，研究了引線鍵合界面在溫度循環(huán)下的損傷演化情況，確定了界面的損傷演化規(guī)律，分析了不同封裝材料下界面損傷累積的異同。對不同封裝材料下鍵合模型的疲勞壽命做出了定性分析，結(jié)果表現(xiàn)出與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性，有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的壽命預(yù)測方法的不足。
　　(4)利用內(nèi)聚力模型模擬功率模塊引線鍵合界面的斷裂與疲勞失效行為。將兩者的模擬結(jié)果對比，分析了兩種不同破壞形式下界面失效的特征，闡述了兩種破壞形式中界面失效的不