功率VDMOS器件失效分析與可靠性研究.pdf

1、功率VDMOS器件是當(dāng)今功率半導(dǎo)體主流器件之一，具有價(jià)格低、輸入阻抗高、開關(guān)速度快、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在民用、軍用電子工業(yè)上廣泛應(yīng)用。目前，提高器件可靠性成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn).本文通過(guò)高溫循環(huán)、高低溫循環(huán)和功率循環(huán)試驗(yàn)及有限元軟件模擬等方法，研究功率VDMOS器件失效問(wèn)題及可靠性，該方面研究對(duì)提高器件質(zhì)量具有理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文利用高溫循環(huán)、高低溫循環(huán)和功率循環(huán)試驗(yàn)，對(duì)國(guó)內(nèi)外4種不同型號(hào)的功率VDMOS器件進(jìn)行溫度循

2、環(huán)試驗(yàn)；采用大功率半導(dǎo)體晶體管特性圖示儀，測(cè)量試驗(yàn)前后器件電性能；采用電子和光學(xué)顯微鏡，檢查試驗(yàn)前后器件外觀；對(duì)失效樣品進(jìn)行開封、超聲波清洗及顯微鏡分析：運(yùn)用ANSYS有限元模擬軟件，建立TO-220AB封裝形式功率VDMOS器件三維模型，在高溫循環(huán)、功率循環(huán)條件下，模擬器件熱應(yīng)力和應(yīng)變，研究器件失效模式和失效機(jī)理。研究結(jié)果表明：芯片斷裂、裂紋、劃痕、燒毀等現(xiàn)象導(dǎo)致器件電性能退化。由于熱膨脹系數(shù)不匹配，器件各組件之間在交界處會(huì)產(chǎn)生的熱應(yīng)

3、力；AI與水中的離子玷污物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，會(huì)造成鍵合引線斷裂。高溫循環(huán)與ANSYS軟件模擬表明：粘結(jié)層燒結(jié)不良、空洞不僅引起熱阻增大，導(dǎo)致器件熱燒毀，而且空洞所對(duì)應(yīng)芯片、引線框架部位所受的應(yīng)變較大，引起引線框架開裂、鼓包現(xiàn)象，最終導(dǎo)致芯片產(chǎn)生裂紋。功率循環(huán)與ANSYS軟件模擬表明：由于塑封體與引線框架的熱膨脹系數(shù)相差較大，在交界面處所受應(yīng)力、應(yīng)變較大，引起塑封體與引線框架開裂現(xiàn)象，導(dǎo)致芯片斷裂；塑封體中含有水汽，器件漏極引腳上方的塑封體溫