ISO/TS 25336:2025 — 热固性树脂封装材料低温开裂指数试验方法

热固性封装材料低温开裂问题概述

随着集成电路大规模集成化和电子元器件微型化的不断推进，热固性树脂基材料——尤其是环氧树脂配方——已成为电力电子器件封装的核心材料。这类材料提供优异的电气绝缘、热管理和机械保护性能。然而，一个关键的失效模式在低温下凸显：封装材料因脆化而开裂，这将严重威胁器件的可靠性并导致现场故障。

ISO/TS 25336:2025 通过引入一种量化的测试方法——嵌入式金属块法——有效应对这一挑战。该技术通过在热固性树脂试样中预埋精心设计的应力模块来模拟真实封装结构，然后在受控冷却条件下观察裂纹在预定应力集中点处萌生的情况。

试验装置、模具设计与应力模块

关键设备要求

模具结构

模具由模腔板和两块盖板组成三件式结构，每块厚度为 10.0 ± 0.1 mm。模腔板为正方形（边长 140.0 mm），中心设有直径 100.00 mm 的圆柱形空腔。上边缘的浇口便于树脂注入。模具材料通常选用 35CrMo7 或 P20 等工具钢，表面粗糙度须达到 Ra 1.6，以确保顺利脱模和试样质量的一致性。

应力模块设计

应力模块是该试验方法的核心创新点。它是一个四边形金属板，厚度为 10.0 mm，四角经倒角处理。关键特征在于应力角——最小倒角半径为 2.0 ± 0.05 mm——该处作为裂纹萌生点。2–3个定位孔确保在模腔中的位置一致性。

试验程序与开裂指数计算

试样制备

制备流程遵循严格步骤：将模具在 100 °C 下预热至少 2 小时；在真空搅拌条件下配制树脂化合物（树脂 + 固化剂 + 可选填料/增韧剂/促进剂）；在真空环境（100–300 Pa）下浇注到预热模具中；然后按产品规范进行固化。冷却后脱模并检查是否有可见缺陷。

两阶段冷却测试

不同于直接冷却至失效，该测试采用巧妙的两阶段策略：

第一阶段——初步试验：从 30 °C 以 1 K/min 的速率冷却两个试样，记录首次在应力角出现裂纹的温度，标记为 T₀（最高开裂温度）。

第二阶段——开裂温度试验：试验箱起始温度为 T₀ + 20 °C。多个试样保持 30 分钟，然后以 0.05–0.1 K/min 的极慢速率冷却，以精确确定开裂温度。记录每个试样的开裂温度 Tckᵢ。

抗开裂指数 (CR)

CR 值量化了抗开裂性能：

CR = Σ(T − Tckᵢ) / (n × T)

其中 T = 25 °C（实验室室温），Tckᵢ 为第 i 个试样的开裂温度，n 为试样数量（最少 3 个）。CR 值越高表示抗开裂性能越好——材料在更低的温度下才开裂，即远离室温。

工程设计洞见

从实际工程角度看，ISO/TS 25336 的几个方面值得特别关注：

1. 材料配方的重要性：标准明确允许化合物中添加填料、增韧剂和促进剂。这意味着该测试可用于优化配方——例如比较添加 5% 与 10% 硅粉对抗开裂性能的影响。

2. 冷却速率的敏感性：第二阶段极慢的冷却速率（0.05–0.1 K/min）是刻意设计的，以避免热冲击效应干扰测量。工程师应注意，实际应用中较快的冷却速率可能使材料在高于 CR 指数预示的温度下开裂。

3. 统计处理：标准指出由于材料的脆性本质，”平行试样的开裂温度变异性很大”。建议至少 3 个试样，但对于高可靠性应用（如汽车功率模块），5–10 个试样将提供更稳健的统计数据。

常见问题