功率VDMOS器件可靠性分析及優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及宇航、軍事工業(yè)和國際市場競爭的需要，對產(chǎn)品的可靠性的要求日益提高。功率VDMOS器件作為新一代高壓大電流功率器件兼有雙極晶體管和普通MOS器件的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，是國內(nèi)外半導(dǎo)體分立器件研究的熱點。本文通過溫度循環(huán)試驗和有限元軟件模擬對功率VDMOS器件進(jìn)行可靠性研究，研究結(jié)果對優(yōu)化器件設(shè)計、提高器件的可靠性具有指導(dǎo)意義。 本文利用高低溫試驗箱，對國內(nèi)外4種不同型號的功率VDMOS器件進(jìn)行溫度循環(huán)實

2、驗；利用晶體管特性圖示儀，對試驗前后的器件進(jìn)行電性能測量和外觀檢查；對失效樣品進(jìn)行開封、超聲波清洗及顯微鏡分析。通過研究器件的失效模式，得到其失效機(jī)理。結(jié)果表明：熱和熱應(yīng)力對器件的可靠性影響很大。粘結(jié)層燒結(jié)不良、有空洞會引起熱阻增大，導(dǎo)致器件熱燒毀；器件各組件熱膨脹系數(shù)不匹配，在溫度循環(huán)過程中會產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致芯片開裂、芯片表面產(chǎn)生凹坑、塑封體開裂和鍵合引線斷裂。 運用ANSYS有限元模擬軟件，建立TO-220AB封裝形式功率V

3、DMOS器件的三維模型，對溫度循環(huán)條件下器件的熱應(yīng)力進(jìn)行模擬分析；對功率耗散條件下器件的溫度場進(jìn)行模擬分析。結(jié)果表明：在溫度循環(huán)過程中，由于器件各組件的熱膨脹系數(shù)不匹配，在其內(nèi)部會產(chǎn)生熱應(yīng)力和應(yīng)變，且熱應(yīng)力和應(yīng)變的最大值都出現(xiàn)在粘結(jié)層與芯片的交界處，易導(dǎo)致粘結(jié)層失效；器件工作時產(chǎn)生的熱量主要通過芯片、粘結(jié)層和基板向外傳輸。 研究粘結(jié)層空洞對器件可靠性的影響。結(jié)果表明：高應(yīng)力和應(yīng)變區(qū)域集中在空洞處，這些區(qū)域易發(fā)生疲勞損傷而失效，導(dǎo)