常見的MOS管封裝失效原因分析-KIA MOS管

MOS管封裝失效原因

封裝，顧名思義是將集成電路包封起來，達到與外加隔離的目的。在工程師的日常工作當(dāng)中，時不時會遇到一些MOS管封裝失效，本文總結(jié)了一些失效的案例，僅供參考。

空氣——熱的不良導(dǎo)體

當(dāng)熱傳遞到芯片/焊料界面時，如果界面接觸良好，熱將直接傳到散熱片上，散熱片將熱量散發(fā)出去，從而達到散熱目的。

空氣的導(dǎo)熱性能遠不如金屬和合金焊料，所以當(dāng)焊料中有空洞存在時，空洞中空氣的熱阻擋作用使得此區(qū)域的熱傳導(dǎo)性能下降，無法散發(fā)出去的熱將積累并聚集在此區(qū)域。

經(jīng)過一定周期的熱循環(huán)之后，熱集中將使此局部區(qū)域溫度升高，此后PN結(jié)的結(jié)溫也同時升高。

空洞中氣體的存在會在熱循環(huán)過程中產(chǎn)生收縮和膨脹的應(yīng)力作用，空洞存在的地方成為應(yīng)力集中點，并導(dǎo)致應(yīng)力裂紋的產(chǎn)生。

于此同時，結(jié)溫升高時, 其結(jié)電流就會進一步加大, 從而將造成惡性循環(huán)使結(jié)溫超過最高限制值而燒毀芯片。

因此, 合理控制裝配過程中的焊料空洞, 就能提高芯片的散熱性能, 從而使器件的溫升降低, 工作性能更有保障。

應(yīng)力集中導(dǎo)致芯片碎裂

芯片碎裂一般有兩個主要原因，內(nèi)因：芯片本身強度不夠；外因：應(yīng)力集中。由內(nèi)因造成的芯片碎裂只需剔除不良芯片即可，不再贅述。

硅和其他半導(dǎo)體材料屬于高脆性材料，在材料完整無缺時，外加應(yīng)力在樣品上的上的分布是均勻的，它們在碎裂時是由原子間的鍵發(fā)生斷裂，因而它們的機械強度就取決于鍵的強度。

在材料表面出現(xiàn)劃痕后，外加應(yīng)力時，出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。特別對于垂直于表面劃痕的張應(yīng)力，應(yīng)力集中于裂紋的尖端。當(dāng)其應(yīng)力超過材料的應(yīng)力強度因子時，裂紋就會失去穩(wěn)定而發(fā)生擴展。

因而對于脆性材料來說，表面劃痕對材料的強度有很大的影響。再一個是，封裝體中各種材料的熱膨脹系數(shù)不匹配，瞬間受熱時引起分層，嚴(yán)重時引起芯片裂紋。

封裝樹脂耐濕性差，受熱時水分氣化體積倍增，亦會使得界面發(fā)生剝離，嚴(yán)重時引起裂紋。

雪崩擊穿

導(dǎo)致反向擊穿的一個機制是avalanche multiplication。考慮一個反向偏置的PN結(jié)。耗盡區(qū)隨著偏置上升而加寬，但還不夠快到阻止電場的加強。強大的電場加速了一些載流子以非常高的速度穿過耗盡區(qū)。

當(dāng)這些載流子碰撞到晶體中的原子時，他們撞擊松的價電子且產(chǎn)生了額外的載流子。因為一個載流子能通過撞擊來產(chǎn)生額外的成千上外的載流子就好像一個雪球能產(chǎn)生一場雪崩一樣，所以這個過程叫雪崩擊穿。

在Mosfet關(guān)斷的情況下，溝道電流（漏極電流）會起到一個感性負(fù)載作用，漏極電壓升高以維持漏極電流恒定。在忽略其它原因時，漏極電流越大電壓會升高得越快。

如果沒有外部鉗位電路，漏極電壓將持續(xù)升高，漏極體二極管雪崩倍增產(chǎn)生載流子，持續(xù)導(dǎo)通模式，激活寄生晶體管導(dǎo)通，MOSFET會達到低壓大電流狀態(tài)，進而造成雪崩擊穿。

其他失效原因

1.焊錫膏開裂

焊錫膏空洞或芯片粘結(jié)不良，鍵合引線下方的焊錫膏開裂。

2.SOA失效（電流失效）

既超出mosFET安全工作區(qū)引起失效，分為Id超出器件規(guī)格失效以及Id過大，損耗過高器件長時間熱積累而導(dǎo)致的失效。

3.體二極管失效

在橋式、LLC等有用到體二極管進行續(xù)流的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，由于體二極管遭受破壞而導(dǎo)致的失效。

4.諧振失效

在并聯(lián)使用的過程中，柵極及電路寄生參數(shù)導(dǎo)致震蕩引起的失效。

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