在功率半導體模塊的設計和驗證中，關鍵材料AMB陶瓷基板的可靠性，是一項重要考慮因素。出于對目標達成和封裝方式的考慮，工程設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，可以表現為耐機械應力和熱應力的能力，通常用熱循環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）、基板設計、測試條件、測試標準等。

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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，在應力條件下容易產生疲勞斷裂；

b、由于銅和陶瓷的熱膨脹系數（CTE）不匹配產生內應力；

c、內應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生裂紋；

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模塊在服役過程中進行頻繁的開關而導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不匹配，基板內上下銅層與中間陶瓷層之間相互變形約束而導致熱應力的產生，長期工作條件下會進一步導致陶瓷層斷裂、界面脫層等失效。為了測試失效次數，了解失效機理，常采用熱沖擊或熱循環試驗。

因此，陶瓷基板可靠性測試分為熱沖擊測試和熱循環測試。一般來說，熱沖擊測試比熱循環測試嚴苛。熱沖擊測試或熱循環池測試，按試樣在高低溫室之間的轉換方式不同，可分為三種（以+125?-40℃循環為例，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，高低溫轉換時間短，樣品從高溫到低溫或者從低溫到高溫的轉換時間小于10秒，轉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，高低溫轉換時間長，樣品從高溫到低溫或者從低溫到高溫的轉換時間為5分鐘，轉換時高低溫箱體有嚴重的溫度擾動，樣品要花費更多的時間才能達到標稱溫度，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（同等標準MIL-STD-883J-1010,Condition C）對熱循環設備的要求，測試溫度是在 -65℃?+150℃之間循環。

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根據標準，熱循環溫度變化范圍為215℃（-65~150℃），由于熱循環試驗主要考察的是材料本身性能對極端環境條件的響應，要求元件內部濕度一致，排除溫度梯度對失效的影響（與熱沖擊試驗區分開）。本次試驗高低溫保持時間各為15分鐘，中間冷熱轉換時間不超過2分鐘。試驗箱內設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定的溫度相吻合。

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經過不同批次、長時間跨度的隨機抽樣檢測，熱循環次數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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