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大功率塑封器件失效机理研究

作　者: 周毅
导　师: 李新
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 失效机理可靠性有限元塑封器件
分类号: TN405
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

塑封器件是上世纪60年代研制出来的,塑料封装与陶瓷和金属的封装相比,具有体积小、成本低、重量轻、方便携带等许多优势。因此国内外当今对塑封器件的使用和研究越来越多。但是塑封器件同样存在许多隐患,如其为非气密性材料容易遭到潮气的入侵,在温度交变的情况下,由于材料间热膨胀系数的不匹配而产生内应力致使内部芯片断裂,使器件发生失效等。本文主要对塑封器件的失效机理展开深入研究。针对塑封器件常出现的“爆米花”效应、腐蚀现象、高低温循环出现的分层空洞现象,以塑封功率器件13005A为研究对象,进行了大量的温度交变试验、电老化试验以及湿热、盐雾试验,通过对实验结果进行深入分析,确认高压锅实验导致塑封器件失效情况最为严重,在22组实验中出现了7支管子不同程度的失效。根据实验结果,并结合相关文献资料,提出了几种提高塑封器件可靠性的措施。同时采用ANSYS有限元分析软件,对塑封大功率晶体管13005A进行了模拟分析,详细探讨了模型建立、网格划分和加载边界条件等问题,通过器件在工作状态下的分析和器件在高低温循环状态下的分析,得到了应力分布图和温度分布图,结果分析表明,芯片与粘接层接触面的边角处以及整个铜基板存在着非常大的Mises应力,芯片附近区域的温度都很高,接近于硅片表面的温度。最后,将试验数据结果和模拟数据结果进行比较分析,提出了器件失效的最主要原因,并给出了避免塑封器件失效的有效措施。论文工作为改进大功率塑封器件工艺,提高塑封器件可靠性提供了重要依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 塑封器件可靠性研究现状  10-11
  1.2 主要失效机理及可靠性评价和筛选  11-14
  1.3 课题的提出  14
  1.4 本文工作  14-16
第二章大功率器件可靠性试验及失效分析  16-40
  2.1 湿热试验  16-24
    2.1.1 高压锅蒸煮试验(PCT)  17-20
    2.1.2 威尔逊分布  20-22
    2.1.3 提高集成电路抗潮湿的方法  22-24
  2.2 老化试验  24-28
    2.2.1 试验过程  24-26
    2.2.2 试验数据  26-28
  2.3 温度交变试验  28-34
    2.3.1 温度循环试验  29-32
    2.3.2 热冲击试验  32
    2.3.3 循环试验数据及失效机理分析  32-34
  2.4 盐雾试验  34-35
    2.4.1 试验目的  34-35
    2.4.2 试验过程  35
  2.5 塑封器件的开封及检测方法  35-39
    2.5.1 塑封器件的开封方法  35-37
    2.5.2 塑封器件的检测方法  37-39
  2.6 本章小结  39-40
第三章塑封器件13005A的二维有限元分析  40-46
  3.1 有限元方法与ANSYS简介  40
  3.2 塑封器件13005A的二维有限元分析  40-45
    3.2.1 模型建立  40-42
    3.2.2 稳态热力学分析  42-44
    3.2.3 瞬态热力学分析  44-45
  3.3 本章小结  45-46
第四章塑封器件13005A的三维有限元分析  46-57
  4.1 模型建立  46-48
  4.2 网格划分  48-49
  4.3 加载边界条件  49-51
  4.4 模拟结果分析  51-56
  4.5 本章小结  56-57
第五章结论  57-59
参考文献  59-61
附录 A 老化前22支塑封器件的参数  61-63
附录 B 老化后22支塑封器件的参数  63-65
在学研究成果  65-66
致谢  66

大功率塑封器件失效机理研究

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