一、引言

在 IGBT 模塊的可靠性研究中，鍵合線失效是導致器件性能退化的重要因素。研究發現，芯片表面平整度與鍵合線連接可靠性存在緊密關聯。當芯片表面平整度不佳時，鍵合線與芯片連接部位易出現應力集中現象，進而引發鍵合失效。深入探究這一關聯性，對提升 IGBT 模塊的可靠性和使用壽命具有關鍵意義。

二、IGBT 鍵合結構與工作應力分析

IGBT 模塊的鍵合結構通常由鍵合線（多為金線或鋁線）連接芯片電極與基板引線框架構成。在器件工作過程中，鍵合線不僅要承受電應力和熱應力，還會因芯片表面形態差異產生額外的機械應力。芯片表面平整度差會打破鍵合線連接的均勻受力狀態，使局部區域承受異常集中的應力。當芯片溫度變化時，由于不同材料熱膨脹系數的差異，這種應力集中現象會進一步加劇。

三、平整度差引發應力集中的作用機制

芯片表面存在微觀起伏或局部凸起時，鍵合線在壓焊過程中會形成非均勻的弧度分布。在芯片與基板的界面處，不平整的表面會導致鍵合線在連接點附近產生較大的彎曲變形，這種變形會在鍵合界面形成應力集中。從材料力學角度分析，表面粗糙度引起的幾何不連續性，會使鍵合線連接部位的應力分布呈現非線性特征。當粗糙度超過一定閾值時，連接部位的最大應力值會顯著高于平均應力水平。例如，當芯片表面粗糙度從 Ra0.3μm 增加到 Ra0.8μm 時，鍵合線根部的應力集中系數可提升 20%-30%。

四、鍵合失效的典型模式與實驗驗證

（一）鍵合界面開裂

在應力集中作用下，鍵合線與芯片電極的連接界面易出現微裂紋。隨著器件反復熱循環，裂紋會逐步擴展，最終導致鍵合界面完全開裂。實驗中觀察到，表面平整度差的芯片，其鍵合界面開裂的起始循環次數比正常芯片減少約 40%-50%。

（二）鍵合線頸部斷裂

鍵合線頸部是應力集中的敏感區域，當芯片表面不平整時，頸部位置的彎曲應力會顯著增加。某 IGBT 模塊可靠性測試顯示，使用表面粗糙度 Ra1.0μm 芯片的樣品，鍵合線頸部斷裂的失效概率比使用 Ra0.5μm 芯片的樣品高 2.3 倍。

（三）實驗數據對比

通過設計對比實驗，對不同表面平整度的芯片進行鍵合可靠性測試。結果表明：當芯片表面粗糙度控制在 Ra0.5μm 以下時，鍵合線的平均失效時間超過 1000 小時；而當粗糙度達到 Ra1.0μm 時，平均失效時間縮短至 600 小時左右。掃描電鏡（SEM）觀察發現，失效樣品的鍵合界面普遍存在明顯的應力腐蝕痕跡。

激光頻率梳3D光學輪廓測量系統簡介：

20世紀80年代，飛秒鎖模激光器取得重要進展。2000年左右，美國J.Hall教授團隊憑借自參考f-2f技術，成功實現載波包絡相位穩定的鈦寶石鎖模激光器，標志著飛秒光學頻率梳正式誕生。2005年，Theodor.W.H?nsch（德國馬克斯普朗克量子光學研究所）與John.L.Hall（美國國家標準和技術研究所）因在該領域的卓越貢獻，共同榮獲諾貝爾物理學獎。?

系統基于激光頻率梳原理，采用500kHz高頻激光脈沖飛行測距技術，打破傳統光學遮擋限制，專為深孔、凹槽等復雜大型結構件測量而生。在1m超長工作距離下，仍能保持微米級精度，革新自動化檢測技術。?

核心技術優勢?

①同軸落射測距：獨特掃描方式攻克光學“遮擋”難題，適用于縱橫溝壑的閥體油路板等復雜結構；?

（以上為新啟航實測樣品數據結果）

②高精度大縱深：以±2μm精度實現最大130mm高度/深度掃描成像；?

（以上為新啟航實測樣品數據結果）

③多鏡頭大視野：支持組合配置，輕松覆蓋數十米范圍的檢測需求。

（以上為新啟航實測樣品數據結果）

審核編輯 黃宇