AEC-Q100 stress实验详解#5——PTC（功率温度循环）

5. PTC（功率温度循环）

• 实验目的——PTC（Power and Temperature Cycling，功率温度循环）实验是AEC-Q100标准中A组（加速环境应力测试）的关键项目（A5项），主要用于评估功率器件在温度与功率循环交替变化下的可靠性，核心目标包括：

  • 模拟功率器件的实际工作应力：验证芯片在反复开关（如电机驱动、电源管理）时，因结温（Tj）剧烈波动导致的材料疲劳失效

  • 暴露热机械失效：检测焊点裂纹、键合线断裂、分层等因CTE（热膨胀系数）不匹配引发的界面损伤

• 实验方法——PTC需严格遵循JEDEC JESD22-A105标准：

  • 并不是所有芯片都需要PTC实验，只有满足下面条件的才需要考虑PTC实验：

    • 功率>1W

    • 芯片上电瞬间温升>40℃

    • 

  • 实验条件：

    • 温度范围：

    • 温度调节时间：从一个温度极点到另一个温度极点不超过30min

    • 温度维持时间：每个温度极点的维持时间不少于10min

    • 循环次数：1000Cycle

    • 上下电循环：上电维持5min，下电维持5min，如此循环

  • 样品数量：77颗芯片×3个生产批次（共231颗）

  • 硬件要求：

    • 需定制测试板模拟实际负载（如电感、电阻），施加最大工作电压/电流

    • 芯片如果有过温保护需要关闭

    • 监测结温（Tj）与实时电参数

• 失效机制

  • 焊点疲劳与裂纹

    • 机理​：焊料（如SnAgCu）在高温下蠕变，低温收缩时形成微裂纹，最终导致开路（如BGA焊球断裂）

  • 键合系统失效

    • 铝/铜键合线断裂​：反复热胀冷缩导致金属疲劳，电阻升高或开路

    • IMC（金属间化合物）过度生长​：高温下Au-Al键合界面生成脆性AuAl₂，引发Kirkendall空洞