绝缘栅双极晶体管是功率半导体器件，因耐高压、功耗低、开关时间短等优点，广泛用于新能源汽车、高速铁路、风力发电等领域。IGBT 器件存在键合线脱落、焊料层损伤等可靠性问题，而焊料层承担导电与导热作用，所以其可靠性尤为重要。 采用三种高铅焊料(Pb90Sn10，Pb92.5Sn5Ag2.5，Pb95.5Sn2Ag2.5)连接绝缘栅双极晶体管(IGBT)芯片与 Cu 框架，分析了温度冲击下焊料层组织的演变与裂纹的扩展。

试验设备：环仪仪器 冷热冲击试验箱

温度冲击条件可靠性测试方法:

常用可靠性测试方法有温度循环、温度冲击、功率循环，前两者改变环境温度，后者主动加热。温度冲击与温度循环类似，但温变速率更快、条件更严苛。

本研究中，温度冲击温度变化范围 215℃，远大于功率循环。温度冲击测试(TST)是 IGBT 模块可靠性测试重要手段，将样品置于两个不同温度系统（常用低温( -65℃与高温 150℃）的试验箱中交替储存，试样长时间保温使温度均匀，高低温转换时温度变化率大于 50℃/min。

本研究中，温度冲击温度变化循环周期 30 min，其中高低温时间各 11.5 min，转换时间 3.5 min。

研究结果：

1)焊料界面上的金属间化合物随着温度冲击次数的增加而增加；

2)Ag3Sn 向焊料基体的移动产生应力集中，降低了焊料的可靠性；

3)在 250 次温度冲击后焊料内出现裂纹，裂纹从焊料层与芯片界面的边角萌生，并沿界面向焊料层中心扩展；4)Pb95.5Sn2Ag2.5 的抗裂能力最高，Pb92.5Sn5Ag2.5 次之，Pb90Sn10 最差；该结果可为绝缘栅双极晶体管器件的疲劳可靠性研究提供支撑。

如有试验疑问，可以咨询“环仪仪器”技术人员。