功率UDMOS器件封裝及其可靠性研究.pdf

1、集成電路，消費類電子以及汽車電子的發(fā)展，不斷對功率器件的發(fā)展提出了各種各樣的要求。縮小器件尺寸，提高導通電流與能效是未來很長一段時間功率器件的發(fā)展趨勢，功率LJDMOS器件正好能滿足這一發(fā)展要求，其市場應用前景也越來越廣泛。但同時，則給功率器件的封裝技術及可靠性帶來了巨大的挑戰(zhàn)。本文的研究主要包括了如下的幾個部分： 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方法，并結合工藝參數，分

2、析各道工序中影響器件可靠性的關鍵因素。 2.結合實驗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，重點分析了引線焊點剝離失效以及引腳跟斷裂失效機制。（1）對于焊點剝離，實驗發(fā)現氧化的引線框架會導致引線與框架間焊點粘附強度降低，回流焊后發(fā)生焊點與框架剝離。并且發(fā)現典型的焊點剝離失效的連接性電學測試現象：低峰值交流測試電壓下顯示開路，而高峰值測試電壓下顯示正常。（2）回流焊工藝的熱機械效應會加速原先潛在焊

3、點剝離失效機制的發(fā)生，三維有限元模擬可以有效地模擬回流焊溫度作用下，由于封裝體內不同材料熱膨脹系數而導致的熱應力及應變分布，從理論上說明導致焊點失效的原因。在模擬中發(fā)現，引線與框架焊點界面處張應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變，回流焊后有一定的塑性應變積累。（3）通過溫度循環(huán)加速實驗直觀分析了引腳跟處塑性積累的變化，并通過柵源

4、交流電阻的測量反映了對器件可靠性的影響。 3.分析貼片焊層(die attach layer)厚度以及氣泡對器件可靠性的影響。（1）在功率循環(huán)可靠性實驗中發(fā)現貼片材料厚度小于10μm的樣品在0.5K功率循環(huán)后均未能通過Rds(on)測試，失效分析顯示在貼片焊層中裂紋的存在是導致失效的主要原因。（2）為了對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疲勞壽命預測方法，用有限元方法模擬功率循環(huán)下的貼