功率UDMOS器件封裝及其可靠性研究.pdf

1、集成電路，消費(fèi)類電子以及汽車電子的發(fā)展，不斷對(duì)功率器件的發(fā)展提出了各種各樣的要求?？s小器件尺寸，提高導(dǎo)通電流與能效是未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間功率器件的發(fā)展趨勢(shì)，功率LJDMOS器件正好能滿足這一發(fā)展要求，其市場(chǎng)應(yīng)用前景也越來(lái)越廣泛。但同時(shí)，則給功率器件的封裝技術(shù)及可靠性帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。本文的研究主要包括了如下的幾個(gè)部分： 1.首先給出了功率器件T0220，D/I PAK，SO系列等封裝完整的工藝步驟以及主要檢測(cè)方法，并結(jié)合工藝參數(shù)，分

2、析各道工序中影響器件可靠性的關(guān)鍵因素。 2.結(jié)合實(shí)驗(yàn)以及有限元的分析方法，深入研究了回流焊前后2-5mil鋁引線的可靠性問題，重點(diǎn)分析了引線焊點(diǎn)剝離失效以及引腳跟斷裂失效機(jī)制。（1）對(duì)于焊點(diǎn)剝離，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氧化的引線框架會(huì)導(dǎo)致引線與框架間焊點(diǎn)粘附強(qiáng)度降低，回流焊后發(fā)生焊點(diǎn)與框架剝離。并且發(fā)現(xiàn)典型的焊點(diǎn)剝離失效的連接性電學(xué)測(cè)試現(xiàn)象：低峰值交流測(cè)試電壓下顯示開路，而高峰值測(cè)試電壓下顯示正常。（2）回流焊工藝的熱機(jī)械效應(yīng)會(huì)加速原先潛在焊

3、點(diǎn)剝離失效機(jī)制的發(fā)生，三維有限元模擬可以有效地模擬回流焊溫度作用下，由于封裝體內(nèi)不同材料熱膨脹系數(shù)而導(dǎo)致的熱應(yīng)力及應(yīng)變分布，從理論上說(shuō)明導(dǎo)致焊點(diǎn)失效的原因。在模擬中發(fā)現(xiàn)，引線與框架焊點(diǎn)界面處張應(yīng)力隨著溫度上升而提高，而且在柵焊盤(Gate Pad)鋁線引腳跟處(Heel Region of Bonding Wire)也存在著較大塑性應(yīng)變，回流焊后有一定的塑性應(yīng)變積累。（3）通過溫度循環(huán)加速實(shí)驗(yàn)直觀分析了引腳跟處塑性積累的變化，并通過柵源

4、交流電阻的測(cè)量反映了對(duì)器件可靠性的影響。 3.分析貼片焊層(die attach layer)厚度以及氣泡對(duì)器件可靠性的影響。（1）在功率循環(huán)可靠性實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)貼片材料厚度小于10μm的樣品在0.5K功率循環(huán)后均未能通過Rds(on)測(cè)試，失效分析顯示在貼片焊層中裂紋的存在是導(dǎo)致失效的主要原因。（2）為了對(duì)這一問題有更深入的理解，利用焊料Anand的材料粘塑性模型以及Darveaux疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，用有限元方法模擬功率循環(huán)下的貼