Application of Nonlinear Fracture Mechanics Parameter to Predicting Wire-Liftoff Lifetime of Power Module at Elevated Temperatures

非线性系统 结温 材料科学 热的 功率(物理) 机械 机械工程 结构工程 工程类 物理 热力学 量子力学
作者
Nobuyuki SHISHIDO,Yutaka HAYAMA,Wataru Morooka,Seiya Hagihara,Noriyuki MIYAZAKI
出处
期刊:IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:7 (3): 1604-1614 被引量:21
标识
DOI:10.1109/jestpe.2019.2914244
摘要

Power modules are utilized for electric power control and play a key role in efficient energy conversion. A structural reliability problem of wire bonding, wire-liftoff, in power modules becomes important at high-temperature operation. Wire-liftoff is a thermal fatigue phenomenon caused by thermal stress due to mismatch of coefficients of thermal expansion between a wire and a chip material. According to experimental studies, a saturation phenomenon of wire-liftoff lifetime was observed in power modules above the maximum junction temperature of 200 °C. In this paper, we examine the failure models for predicting wire-liftoff lifetime proposed in the previous studies and also propose a new failure model based on the nonlinear fracture mechanics parameter T*-integral range AT*. Among various failure models, the proposed model is the best to represent a saturation phenomenon of wire-liftoff lifetime. For practical use of the failure model based on ΔT*-integral range, we propose a simple calculation method of ΔT*-integral range that can be calculated by using the commercial finite element computer code such as Marc, Ansys, and so on.
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