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粘接空洞对双极型功率晶体管影响的分析及模拟

作　者: 王美荣
导　师: 张庆中；胡泽
学　校: 电子科技大学
专　业: 软件工程
关键词: 功率晶体管 热阻 空洞率 空洞成因 可靠性
分类号: TN323.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 33次
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内容摘要


粘接层质量是双极型功率晶体管可靠性的主要影响因子,而粘接空洞又是粘接层的主要失效模式。本论文从实践实验的角度,以大量的实验数据为基础,运用Minitab统计分析软件,结合X-射线检测图和红外热谱,研究了粘接空洞对双极型功率晶体管的热阻、安全工作区(SOA)、热应力、抗机械强度的影响及其程度;采用FLOTHERM热分析软件,模拟分析了空洞对热阻的影响。论文从背面金属层质量、框架、焊料、以及粘接工艺四方面剖析空洞形成原因,并依此提出空洞控制方法。本论文的主要创新点:1.关于空洞位置对器件的影响方面,先前的科技工作者有分歧,一部分人认为空洞位置离芯片中心越近,结温越大;而另一部分人认为边缘空洞影响远高于中心空洞。本论文从实际角度验证了第二种观点。在同一个芯片上,边缘空洞的影响高于中心空洞的影响。2.空洞率分散度对晶体管的影响比较显著。在空洞率一定的情况下,单个空洞面积越大,热阻越大。而当空洞率很大时,如果空洞都很小,则即使空洞数目会较多,但是对热阻的影响却不大。3.在空洞对器件的电流性能方面,提出空洞超标器件的SOA大大缩小,并随着空洞率的上升,SOA相应缩小。4.先前的科技工作者在空洞对晶体管抗机械强度影响方面基本没有相应的研究。本论文从剪切力、跌落试验以及喷砂试验三方面验证了空洞率大的晶体管的抗机械冲击性能差这一观点。5.在空洞成因问题上做了比较详尽的解释,并提出中心大空洞主要由芯片背面金属层引起,而边缘空洞主要是封装工艺的问题这一观点。6.在可靠性方面,提出空洞在热冲击下变大这一趋势问题以及空洞晶体管的失效曲线。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 粘接方法  10-12
  1.3 相关研究  12-13
  1.4 本论文研究内容、目的和意义  13-14
    1.4.1 本论文的研究内容及结构  13
    1.4.2 本论文的理论意义  13
    1.4.3 本课题的实际应用价值  13
    1.4.4 本论文要实现的目标  13-14
第二章 空洞对功率晶体管的影响  14-44
  2.1 空洞对热阻的影响  14-30
    2.1.1 晶体管的传热结构  14-16
    2.1.2 热阻的测量和计算  16-21
    2.1.3 空洞大小与热阻的对应关系  21-24
    2.1.4 空洞的分散度与热阻的对应关系  24-25
    2.1.5 空洞位置与热阻的对应关系  25-28
    2.1.6 FLOTHERM 热分析软件模拟验证  28-30
  2.2 空洞对SOA 的影响  30-34
    2.2.1 空洞对SOA 的影响  31-34
    2.2.2 空洞导致的晶体管EOS 失效  34
  2.3 空洞对热应力的影响  34-37
  2.4 空洞对抗机械强度的影响  37-44
    2.4.1 剪切力  37-39
    2.4.2 剪切力试验  39-41
    2.4.3 跌落试验法  41-43
    2.4.4 喷砂检验  43-44
第三章 空洞形成原因  44-59
  3.1 空洞形成机理  44
  3.2 空洞形成原因之一---芯片背面金属层  44-46
  3.3 空洞形成原因之二---框架状态  46-48
  3.4 空洞形成原因之三---焊料  48-51
    3.4.1 焊料的浸润性  49-50
    3.4.2 焊料成分和含量  50
    3.4.3 焊料颗粒的氧化程度及表面氧化情况  50-51
    3.4.4 焊料的厚度  51
  3.5 空洞形成原因之四---工艺环境  51-53
    3.5.1 焊接温度曲线和距离的影响  51-52
    3.5.2 气体保护氛围的程度  52
    3.5.3 界面的粘污和氧化  52-53
    3.5.4 粘接压力和高度  53
    3.5.5 粘接延迟和粘接摩擦  53
  3.6 空洞形成之控制实验  53-59
第四章 空洞对功率晶体管可靠性的影响  59-62
  4.1 高低温循环  59-60
  4.2 空洞的变化  60-61
  4.3 空洞失效曲线  61-62
第五章 论文结论  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-67

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 半导体三极管（晶体管） > 晶体管：按作用分 > 功率晶体管
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