微波器件質(zhì)量相關(guān)的電子顯微研究.pdf

1、隨著微波工程技術(shù)的不斷發(fā)展，作為現(xiàn)代化電子裝備和武器系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)元件，微波器件的使用范圍越來越廣泛。但是，相比于歐美等發(fā)達(dá)國家，我國微波器件的質(zhì)量和可靠性水平還是存在著比較大的差距，在使用中出現(xiàn)的失效現(xiàn)象不斷的發(fā)生。在這種情況下，如何更好的加強(qiáng)和保證微波產(chǎn)品的質(zhì)量已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)我們亟需面對(duì)的問題。因此，開展關(guān)于微波器件質(zhì)量問題的可靠性和失效研究工作具有十分重要的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)合作單位缺少微觀分析技術(shù)平臺(tái)的現(xiàn)狀，本論文采用以

2、掃描電鏡(SEM)和能譜儀(EDS)為主的微觀分析手段，結(jié)合產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)過程，圍繞著材料、工藝和使用情況等影響因素，對(duì)微波器件的質(zhì)量問題進(jìn)行研究。開展的主要工作和取得的研究成果概述如下。
　　（1）SEM分析對(duì)樣品的導(dǎo)電性較為敏感，針對(duì)導(dǎo)電性差樣品在SEM分析時(shí)出現(xiàn)的圖像失真現(xiàn)象進(jìn)行研究，討論了電子在樣品表面的作用過程，最終確定了造成圖像失真的影響機(jī)制；對(duì)于一些不便于進(jìn)行噴鍍處理的弱導(dǎo)電性材料，通過大量的實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)不同分析模式

3、和儀器參數(shù)進(jìn)行靈活的調(diào)節(jié)，發(fā)展了背散射信號(hào)加快速掃描的分析方法在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，有效的克服了荷電效應(yīng)帶來的不良的影響，在實(shí)際運(yùn)用中取得了理想的分析效果。
　　（2）微波器件三種焊接失效案例分析研究。針對(duì)鎢銅復(fù)合材料封裝焊接不牢問題，通過結(jié)構(gòu)和成分的分析對(duì)照，找出其失效原因?yàn)樵牧系腤/Cu過高，影響其與可伐合金之間的可焊性。通過對(duì)試驗(yàn)不合格的微波晶體管進(jìn)行DPA分析，結(jié)果表明器件管芯與基片間存在著虛焊和空洞等不良焊接，造成了器件間

4、的歐姆接觸不良，最終導(dǎo)致了熱失效。針對(duì)電路元件的焊接脫落現(xiàn)象，采用SEM-EDS對(duì)脫落的焊料和管芯進(jìn)行分析，確定了樣品焊接時(shí)出現(xiàn)金屬間合金化反應(yīng)的失效模式。
　?。?）微波電路兩種污染案例分析。對(duì)移相器芯片表面的液跡污染物進(jìn)行分析表明，其成分以C、O、Na和K元素為主，并出現(xiàn)明顯的樹枝狀和立方結(jié)晶結(jié)構(gòu)；采用人的唾液進(jìn)行模擬試驗(yàn)，獲得的污染現(xiàn)象，以及成分與結(jié)構(gòu)分析結(jié)果均一致；上述結(jié)果證實(shí)該污染源于人的體液。對(duì)移相器芯片表面出現(xiàn)的顆粒

5、狀污染物進(jìn)行分析表明，其性質(zhì)為空氣中塵埃顆粒等有機(jī)附著物；針對(duì)這一情況，對(duì)工作間潔凈度進(jìn)行了檢測，結(jié)果表明芯片污染的主要原因?yàn)闊o塵室潔凈度不夠，大于5μm的塵粒數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)。
　?。?）濾波器漏氣原因分析。對(duì)密封檢測不合格的濾波器進(jìn)行分析，結(jié)果表明由于封裝腔體（硅鋁合金）中硅含量過高，且以顆粒狀和片狀結(jié)構(gòu)存在，因此在尖端處容易存在應(yīng)力集中，導(dǎo)致加工時(shí)微小裂縫的產(chǎn)生；另外，在焊接時(shí)還可能導(dǎo)致液相金屬的流動(dòng)性差，破壞其熔合的致密度，從而

6、產(chǎn)生焊接缺陷，造成封裝盒體的氣密性不足。
　?。?）場效應(yīng)管金屬化層質(zhì)量評(píng)價(jià)。通過對(duì)不同實(shí)驗(yàn)條件下某功率放大器芯片中場效應(yīng)管處金屬化層進(jìn)行SEM檢測表明，所有不同實(shí)驗(yàn)條件的樣品觀察結(jié)果基本一致，其金屬化層整體上致密均勻，在源極過孔臺(tái)階處均存在一定的不連續(xù)性，空洞率較高。因此，芯片場效應(yīng)管源極過孔臺(tái)階處的金屬化層的不連續(xù)性和空洞的形成與成品的試驗(yàn)過程無關(guān)，在設(shè)定的實(shí)驗(yàn)條件下，芯片是合格的。
　　上述工作是緊密配合微波器件的研發(fā)