功率型半導體整流器件晶片破損失效原因

此問題正航儀器在調研之初也有過激烈的內部討論，誠然，這在設計新型功率型半導體整流器件的封裝結構時引出的，該型號新品，在冷熱沖擊實驗中表現異常。
一、初步原因分析
為了解決此問題我們將所有失效元件進行了逐個分析。從分析結果來看，所有破損均為晶片角部破碎，這就意味著在元件內部存在則較大內部應力，而且這種應力的力臂是沿著中心至邊緣的輻射線發散出去的，越靠邊緣力矩越大。
在加入冷熱沖擊這種外部環境變化后，內部應力的作用結果被放大，從而導致晶片破損。但為什么晶片會出現角部破損呢?這就要從產品內外、部結構分析。我們先來看晶片破損趨勢/應力分析。
由于晶片位置全部在主體外側邊緣，所以當元件主體外形因溫度變化產生輕微型變所造成的影響會進一步放大，導致晶片角部容易破損。從晶片破損的趨勢也說明了以上推斷。應力概念:材料發生形變時內部產生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定義單位面積上的這種反作用力為應力(Stress);或物體由于外因(受力、濕度變化等)而變形時，在物體內各部分之間產生相互作用的內力，以抵抗這種外因的作用，并力圖使物體從變形后的位置回復到變形前的位置。在所考察的截面某一點單位面積上的內力稱為應力(Stress)。


二、內部應力的來源。
我們結合功率型半導體整流器件封裝工藝/原材料/設計結構，找到產生內部應力的發生根源。由于膠餅本身存在著固化前后的收縮模量以及成型和烘烤前后存在的較大溫差，所以成型和烘烤工位是應力的主要來源。因此我們從成型/烘烤工藝參數及產品設計等幾個方向提出三種解決方案。為了檢驗這三種方案的有效性，我們設計了三組實驗，每組隨機抽取77顆成品做樣品同時送入可靠性實驗室對其進行冷熱沖擊實驗，并比較其兩階段結果。
三、解決方案經驗總結
內部應力會集中反映在最薄弱的環節上。如果不能改變外部環境或封裝材質，那么只有通過改善及加強內部結構強度來達到平衡應力的目的。
四、技術經濟分析
從技術角度看，首先，此研究用實驗的手段剖析了晶片破損的機理，對功率半導體器件的可靠性研究給予了較為有益的啟示。其次，提示了設計工作者在解決問題時不僅要從正面思考問題，還要從問題的側面或反面研究它;以免思路過于單一，阻礙設計視線。
從經濟角度看，由于此產品是整流電源核心器件，它的可靠性決定了產品的安全性，而安全性和經濟效益密切相關。它的經濟效益是很難用金錢來衡量的，可以用以下3個觀點加以闡述:提高產品可靠性，可以防止故障和事故的發生，尤其是避免災難性的事故發生．比如:此功率型半導體整流器件使用在便攜式電腦整流電源上，如果出現晶片破損導致整流電源短路燒毀，輕者設備損壞;重者釀成火災事故。提高產品的可靠性，能使產品總的費用降低。一般來講，為提高產品可靠性初期的研發費用會有所提高，甚至會提高售價;但由于其使用過程中的表現穩定，維修檢查費用很低，總使用費用的降低。對于經營性公司來講，提高產品的可靠性，可以改善公司信譽，增強競爭力，擴大市場份額，從而提高經濟效益。
本文以實際問題的解決過程為主線闡述了一種產品研發思路以及產品可靠性的重要。為相關工作人員提供了一種解決問題或觀察問題的新角度，我們正航儀器的宗旨是為您排憂解難，竭誠服務！http://www.jsfm937.cn