随着电子封装向小型化、高密度发展,功率器件的封装形式也向着小型化、多样化、高集成度发展。功率器件常用于电能变换和电能控制电路中,通常器件中电流为数十至数千安,电压为数百伏以上。由于其高功率应用的特点,功率器件对于封装可靠性有着特殊要求。在功率器件中,铜引线框架(Cu)和环氧模塑料(EMC)有较大的接触面积,且二者的界面边缘与空气接触,易受外界环境中湿热等因素的影响,同时也对Cu和EMC接触界面的特性敏感。例如在潮湿环境中,湿气会从Cu／EMC界面边缘扩散至界面中的微孔隙,导致界面抵抗分层的能力下降,并在高温回流过程中器件中的湿汽发生气化膨胀形成高的蒸气压力,使Cu／EMC界面出现分层失效,并进一步影响到内部的芯片层。另一方面,Cu表面的特性也会影响Cu／EMC界面的粘接强度,使分层易于发生。在塑封功率器件中,Cu／EMC分层失效问题较为普遍。针对该问题,本文对Cu／EMC界面进行了两个方面的探讨：一是对Cu／EMC界面吸湿后的性能进行研究；二是对Cu表面不同氧化程度对Cu／EMC界面性能的影响进行研究。进而对铜引线框架氧化工艺和器件存放过程中的湿热老化过程的控制和条件提出改进措施。本文采用有限元模拟与界面强度、断裂实验相结合的方法对Cu／EMC分层问题进行研究,主要研究了以下几个方面的内容：首先对典型的实际功率器件进行有限元分析,建立三维模型,按照JEDEC热循环实验标准,计算环境温度变化范围-45℃～125℃时,器件内温度、应力和应变随时间的变化关系。结果显示,在Cu／EMC界面上应力较大,高应力可能导致Cu／EMC界面分层破坏。为保证Cu／EMC界面样品与实际器件相同,样品均按照实际生产工艺条件制备,只是内部不包含芯片和焊料层。然后,进一步研究Cu／EMC界面剪切强度随铜在165℃下纯氧氧化时间、以及85℃／85RH条件下湿热老化时间各自的变化规律。Cu／EMC界面随Cu板氧化时间先增加,后下降,最后趋于不稳定。对于湿热老化处理的样品,剪切强度先迅速下降后趋于稳定。对界面的观察也发现分层界面形貌随Cu氧化时间、EMC吸湿条件而变化。根据实验结果,本文提出了最优的氧化处理时间为8分钟,样品存放条初期24小时内湿热产生的影响最大。为研究Cu表面氧化及湿热对Cu／EMC界面分析断裂的影响,将样品经过铜氧化或湿热处理后,制备微小预裂纹,对样品进行剪切实验,通过最大剪切力和样品实际尺寸,用有限元方法计算得到裂纹尖端的临界J积分,Jc。发现Jc随氧化和湿热处理时间变化的规律与剪切强度随二者变化规律有着相同的趋势。对于实际器件结构,当承受温度荷载时,计算了Cu／EMC界面不同位置的J积分值,发现J积分较大的位置与SAM观察结果中分层最明显的位置一致。并且,对同一位置分析了预裂纹长度和温度对界面裂纹扩展的影响。通过上述研究,根据模拟分析结果确定了功率器件内最易分层的部位—Cu／EMC界面；通过Cu／EMC界面强度、断裂实验和模拟分析,发现铜板氧化时间、吸湿程度对Cu／EMC界面强度影响显著,由此提出最佳的铜氧化工艺条件和样品存放条件；采用J积分预测器件内裂纹最可能发生扩展的位置在远离引脚的Cu／EMC界面上,还分析了裂纹长度和温度对Cu／EMC分层的影响。