塑封功率晶體管早期失效數(shù)據(jù)分析與對策.pdf

1、隨著半導(dǎo)體技術(shù)不斷的發(fā)展,當(dāng)前塑封功率晶體管廣泛應(yīng)用于各種開關(guān)電源、電子節(jié)能燈、電子變壓器、電子鎮(zhèn)流器等電路中,并在這些電路中起著越來越重要的作用,可以說它已成為這些電路構(gòu)成的核心部件。但由于其自身的結(jié)構(gòu)與封裝形式的局限,目前塑封雙極型功率管也還存在著很多可靠性問題。所以分析功率晶體管的失效原因,指導(dǎo)生產(chǎn)線改善工藝并提升功率晶體管的質(zhì)量技術(shù)水平,提高功率晶體管的可靠性是本文主旨所在。雖然以前各位專家對晶體管的早期失效分析眾多,但是一般都

2、是從整個(gè)流程的某個(gè)方面進(jìn)行分析。特別是通過查閱大量文獻(xiàn)資料,并沒有專門針對內(nèi)置阻尼二極管作詳細(xì)分析的。由于我公司既有產(chǎn)品設(shè)計(jì)、芯片生產(chǎn),也有封裝生產(chǎn),因此我們專門針對功率晶體管內(nèi)的內(nèi)置阻尼二極管作了詳細(xì)的分析,包括有內(nèi)置阻尼二極管產(chǎn)品產(chǎn)生原因、應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)、版圖設(shè)計(jì)方案、產(chǎn)品早期失效特點(diǎn)、有無內(nèi)置阻尼二極管產(chǎn)品漏電流比較等。本文利用現(xiàn)有的工藝技術(shù)方法和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證條件,對公司倉庫各種功率晶體管的失效現(xiàn)象進(jìn)行了大量的數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì),利用6SIGM

3、A分析工具M(jìn)INITAB進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,在此基礎(chǔ)上針對不同的現(xiàn)象進(jìn)行了相應(yīng)的分類、深入地分析,總結(jié)歸納出各類失效現(xiàn)象常規(guī)的失效模式、失效機(jī)理。然后針對這些模式與機(jī)理進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)合現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備條件平臺,總結(jié)出一套可指導(dǎo)生產(chǎn)的改善意見和建議。最后在公司的大力支持下,我們從原材料、工藝方法、生產(chǎn)環(huán)境等方面按照前面總結(jié)的改善方案進(jìn)行實(shí)施生產(chǎn),得到了我們所期望的高品質(zhì)產(chǎn)品。本論文實(shí)施步驟主要包括:1.簡要介紹公司產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和工藝;

4、2.測試倉庫內(nèi)不同存放時(shí)間的不同產(chǎn)品常規(guī)參數(shù);3.利用圖示儀測試樣品反壓曲線;4.設(shè)計(jì)非破壞性試驗(yàn),利用X-RAY、C-SAM等試驗(yàn)設(shè)備檢測功率晶體管并初步分析早期失效原因;5.設(shè)計(jì)破壞性試驗(yàn),利用高溫儲存、高壓蒸煮等試驗(yàn)設(shè)備找出功率晶體管早期失效與極限條件下的真正原因;6.解剖并進(jìn)一步分析功率晶體管早期失效現(xiàn)象和原因;7.從封裝過程入手探討功率晶體管早期失效原因,主要包括:框架和塑封料等原材料的選型;粘片工藝參數(shù)匹配問題;壓焊損傷;封

5、裝前產(chǎn)品的滯留時(shí)間;溢料去除方式;水汽的影響等;8.從芯片加工過程入手討論功率晶體管早期失效原因,主要包括:硅片和拋光液等原材料;針孔、鋁斑、劃傷、腐蝕等加工缺陷;鈍化工藝參數(shù);拋光去除量等工藝參數(shù);反壓大小;芯片處于硅片中的位置;各類污染等對產(chǎn)品的影響;9.從功率晶體管的設(shè)計(jì)方案進(jìn)一步分析早期失效原因,主要是分析內(nèi)置阻尼二極管對功率晶體管漏電流的影響而造成的早期失效;10.針對功率晶體管不同的失效原因進(jìn)行分類、總結(jié),提出改善意見和方案

6、;11.按照改善方案實(shí)施生產(chǎn),總結(jié)改善效果。通過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,總結(jié)并介紹了塑封雙極型功率晶體管的可靠性問題及其失效機(jī)理,包括封裝缺陷、粘結(jié)失效以及由于溫度變化而引起的熱應(yīng)力失效和由于吸入潮氣而導(dǎo)致的腐蝕失效。通過剖析功率晶體管的失效機(jī)理,給出了對此類晶體管失效分析的方法和思路。討論了晶體管存在異物、芯片粘結(jié)失效和熱應(yīng)力失效等失效模式。通過本課題的深入研究,統(tǒng)計(jì)并分析實(shí)際數(shù)據(jù),解決“無數(shù)據(jù)”、“主觀臆斷”的現(xiàn)狀,為我公司生產(chǎn)制程中的工藝