在功率半導(dǎo)體模塊的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證中，關(guān)鍵材料AMB陶瓷基板的可靠性，是一項(xiàng)重要考慮因素。陶瓷覆銅板的可靠性，可以表現(xiàn)為耐機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的能力，通常用熱循環(huán)或熱沖擊測(cè)試來表征。

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(jì)、測(cè)試條件、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)等。

陶瓷基板在測(cè)試或使用中失效的機(jī)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；

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(zhǎng)期工作條件下會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致陶瓷層斷裂、界面脫層等失效。為了測(cè)試失效次數(shù)，了解失效機(jī)理，常采用熱沖擊或熱循環(huán)試驗(yàn)。

因此，陶瓷基板可靠性測(cè)試分為熱沖擊測(cè)試和熱循環(huán)測(cè)試。一般來說，熱沖擊測(cè)試比熱循環(huán)測(cè)試嚴(yán)苛。熱沖擊測(cè)試或熱循環(huán)池測(cè)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）：

種： 兩箱式冷熱沖擊箱，高低溫轉(zhuǎn)換時(shí)間短，樣品從高溫到低溫或者從低溫到高溫的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于 10 秒，轉(zhuǎn)換時(shí)高低溫箱體有輕微的溫度擾動(dòng)，樣品停留在高溫室或低溫室的時(shí)間均為30分鐘；

第二種： 兩箱式冷熱沖擊箱，高低溫轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)，樣品從高溫到低溫或者從低溫到高溫的轉(zhuǎn)換時(shí)間為 5 分鐘，轉(zhuǎn)換時(shí)高低溫箱體有嚴(yán)重的溫度擾動(dòng)，樣品要花費(fèi)更多的時(shí)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(shí)間均為30分鐘。

第三種： 三箱式冷熱沖擊箱，除高溫室和低溫室，還有一個(gè)25℃的常溫室，作為高低溫室之間的過渡。任何時(shí)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(shí)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(shí)間均為30分鐘。


兩箱式冷熱沖擊試驗(yàn)箱        三箱式冷熱沖擊試驗(yàn)箱        大型三箱式冷熱沖擊箱