Failure mechanisms and reliability of the Al-chip-metallization during power cycling
Abstract
This paper studies the failure mechanisms and the reliability of the chip-metallization of a new power module using a copper clip soldered on the top side of the chip, instead of aluminum wire bonds. Both power cycling tests and thermo-mechanical Finite Elements simulations are performed. This study takes advantages of the numerical simulations to analyze in details plastic strains and crack growth in the chip-metallization under different Active Power Cycling conditions. Lifetime models are then deduced by correlating the experimentally obtained lifetime with the corresponding calculated plastic strains and crack growth criteria
Cet article étudie les mécanismes de rupture et la fiabilité de la couche de métallisation d’une puce électronique d’un nouveau module de puissance, remplaçant les fils de connexion par un clip en cuivre. A la fois des tests de cycles actifs de puissance et des simulations thermomécaniques par éléments finis ont été réalisés. Cette étude utilise les simulations numériques pour analyser en détail les déformations plastiques et la propagation de fissures dans la métallisation de la puce sous différents cycles actifs de puissance. Les modèles de durée de vie sont ensuite déduits en corrélant la durée de vie des modules obtenue par expérimentation avec les déformations plastiques et les critères de propagations de fissures calculés correspondants
Keywords
Module de puissance
"Propagation de fissure"
"Méthode Elements Finis (FEM) Simulations"
"MOSFET"
"cycles actifs de puissance"
"Al métallisation"
"thermomécanique"
"CTOD"
"durée de vie."
"Power module"
"Crack growth"
"Finite-Elements-Methods (FEM) Simulations"
"power cycling"
"chip-metallization"
"thermomechanics
CTOD"
"lifetime model"