本文關鍵詞：功率器件封裝的失效分析技術及技術應用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《復旦大學》 2008年

功率器件封裝的失效分析技術及技術應用研究

吳頂和  

【摘要】： 隨著功率MOSFET的工作電壓和電流大幅度增加、芯片尺寸的不斷減小,導致功率MOSFET器件芯片的內部電場進一步增大。這些因素對功率MOSFET的可靠性提出了挑戰(zhàn)。不斷提高器件的可靠性成為了人們關注的熱點。通過失效分析尋找失效機理,再從生產材料與封裝工藝上進行改進,是提高器件可靠性行之有效的方法。 光發(fā)射顯微鏡(PEM)系統(tǒng)是應用于微電子器件漏電流定位和分析的有效工具。利用PEM系統(tǒng)的激光光束誘導阻抗變化(OBIRCH)功能和光發(fā)射(EMMI)功能,從正面可直接對功率MOSFET大的漏電流進行定位觀察;利用PEM的EMMI功能,還可從背面對器件微弱的漏電流進行定位和分析。本文還介紹了PEM系統(tǒng)對功率MOSFET芯片不同量級的漏電流進行定位與分析的應用,為分析功率器件漏電流失效提供依據。 同時為了研究電過應力(Electxical Overstress)對功率MOSFET可靠性的影響,本文分別對含有焊料空洞、柵極開路和芯片裂紋缺陷的器件進行失效分析與可靠性研究。利用有限元分析、電路模擬及可靠性加速實驗,確定了器件發(fā)生EOS失效的根本原因。本文還通過優(yōu)化芯片焊接溫度-時間曲線和利用UnclampedInductive Loading(開式感應負載)測試方法,比較了工藝優(yōu)化前、后器件抗EOS的能力,結果表明優(yōu)化后器件的焊料空洞含量顯著減少及抗EOS能力得到明顯提高。 引線鍵合工藝是半導體封裝中的重點控制工序,這是由于很多失效原因與它相關。本文通過研究功率MOSFET芯片在球形焊接過程中出現(xiàn)裂紋和脫落現(xiàn)象和鋁層出現(xiàn)空洞對器件可靠性的影響,通過對鋁層的厚度、晶粒尺寸大小及其硬度的研究分析了空洞與金屬間化合物對引線鍵合的影響。利用有限元模擬了引線鍵合過程中基體中的應力分布情況,進而對控制與優(yōu)化引線鍵合工藝有著重要的意義。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：復旦大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TH742
【目錄】：

摘要4-5

Abstract5-6

第一章 背景介紹6-16

1.1 課題背景6-8

1.2 功率器件的封裝形式8-9

1.3 功率器件面臨的可靠性挑戰(zhàn)9-14

1.4 失效分析程序及方法14-15

1.5 本論文的實驗目的和意義15-16

第二章 功率器件漏電流的PEM定位和分析研究16-27

2.1 概述16

2.2 原理介紹16-19

2.3 實驗方法19-22

2.3.1 漏電流定位方法回顧19-20

2.3.2 試驗方案20

2.3.3 樣品制備方法20-22

2.4 結果與討論22-26

2.4.1 OBIRCH實驗結果與討論22-23

2.4.2 EMMI實驗結果與討論23-26

2.5 本章結論26-27

第三章 功率器件的EOS失效分析與焊接工藝優(yōu)化研究27-39

3.1 概述27

3.2 實驗方法27

3.2.1 樣品材料與參數(shù)27

3.2.2 實驗樣品選取方法27

3.3 實驗結果與討論27-38

3.3.1 焊料空洞(Solder Void)導致EOS27-29

3.3.2 柵極開路(Gate Open)導致EOS29-31

3.3.3 芯片裂紋(Die Crack)導致EOS31-34

3.3.4 芯片焊接(Die Attach)工藝優(yōu)化34-38

3.4 本章結論38-39

第四章 功率器件引線鍵合工藝可靠性研究39-50

4.1 概述39

4.2 實驗方法及數(shù)據處理方法39-44

4.2.1 樣品材料和參數(shù)39-40

4.2.2 球形焊接工藝40

4.2.3 芯片表面超聲波掃描40-41

4.2.4 鋁層厚度與晶粒大小測試41-43

4.2.5 芯片表面顯微硬度測試43-44

4.3 結果與討論44-49

4.3.1 原子的互擴散與金屬間化合物的形成44

4.3.2 引線鍵合壓力下的ANSYS模擬44-49

4.4 本章結論49-50

第五章 論文結論50-51

參考文獻51-53

致謝53-54

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【引證文獻】

中國碩士學位論文全文數(shù)據庫 前5條

1 呂勁鋒;功率晶體管封裝中銅絲鍵合工藝的可靠性研究[D];電子科技大學;2010年

2 鄭鋼濤;功率器件芯片粘片與粗鋁線鍵合可靠性研究[D];華南理工大學;2011年

3 方行;塑封功率器件中Cu/EMC界面分層失效的實驗與計算分析研究[D];復旦大學;2010年

4 謝鑫鵬;功率器件封裝的可靠性研究[D];華南理工大學;2010年

5 吳昊;功率器件封裝熱阻的仿真與測試研究[D];上海交通大學;2013年

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前9條

1 倪錦峰,王家楫;IC卡中薄芯片碎裂失效機理的研究[J];半導體技術;2004年04期

2 顧靖,王珺,陸震,俞宏坤,肖斐;芯片疊層封裝的失效分析和熱應力模擬[J];半導體學報;2005年06期

3 吳頂和;沈萌;邵雪峰;俞宏坤;;芯片的EOS失效分析及焊接工藝優(yōu)化[J];半導體學報;2008年02期

4 黃玉財;程秀蘭;蔡俊榮;;集成電路封裝中的引線鍵合技術[J];電子與封裝;2006年07期

5 計紅軍;李明雨;王春青;;超聲楔鍵合Au/Al和Al/Au界面IMC演化[J];電子工藝技術;2007年03期

6 王陽元,韓汝琦,劉曉彥,康晉鋒;硅微電子技術物理極限的挑戰(zhàn)[J];電子學報;1998年11期

7 高興軍,趙恒華;大型通用有限元分析軟件ANSYS簡介[J];遼寧石油化工大學學報;2004年03期

8 陳兆軼;方培源;王家楫;;CMOS器件及其結構缺陷的顯微紅外發(fā)光現(xiàn)象研究[J];固體電子學研究與進展;2006年04期

9 楊斌;;中國功率器件市場發(fā)展現(xiàn)狀[J];中國集成電路;2007年06期

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前10條

1 孫永衛(wèi),魏光輝,魏明,田明宏,薛軍;強電磁脈沖環(huán)境的模擬[J];安全與電磁兼容;2002年06期

2 王勇,李興鴻;動態(tài)電子束探針檢測技術在亞微米和深亞微米IC失效分析中的應用研究[J];半導體技術;2004年07期

3 殷景華;杜兵;王樹起;呂光軍;劉曉為;;功率載荷下疊層芯片封裝的熱應力分析和優(yōu)化[J];半導體技術;2007年02期

4 陶劍磊;方培源;王家楫;;由版圖引起的CMOS ESD保護電路失效的分析[J];半導體技術;2007年11期

5 李新;周毅;孫承松;;塑封微電子器件失效機理研究進展[J];半導體技術;2008年02期

6 陳鏡波;何小琦;章曉文;;厚膜DC/DC電源VDMOS器件失效機理及研究現(xiàn)狀[J];半導體技術;2010年02期

7 曠仁雄;謝飛;;25μm Au絲引線鍵合正交試驗研究[J];半導體技術;2010年04期

8 王振興;武占成;張希軍;劉進;;典型ESD防護器件失效機理研究[J];半導體技術;2011年12期

9 桑勝波;薛晨陽;張文棟;熊繼軍;阮勇;張大成;郝一龍;;微加工工藝應力的喇曼在線測量[J];半導體學報;2006年06期

10 吳頂和;沈萌;邵雪峰;俞宏坤;;芯片的EOS失效分析及焊接工藝優(yōu)化[J];半導體學報;2008年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據庫 前9條

1 李可心;徐國鑫;;人體靜電對電子產品的危害及防護措施[A];第五屆電子產品防護技術研討會論文集（續(xù)）[C];2006年

2 陳飛珺;嚴石;楊振國;李志東;陳蓓;;電鍍鎳金板無法鍵合金線的失效分析[A];2011年全國電子電鍍及表面處理學術交流會論文集[C];2011年

3 范士海;;關于元器件“失效現(xiàn)象不復現(xiàn)”的原因初探[A];第十一屆全國可靠性物理學術討論會論文集[C];2005年

4 楊一都;范馨月;;廣義Rayleigh商與有限元法2-網格離散方案[A];第三屆貴州省自然科學優(yōu)秀學術論文評選獲獎論文集（2010年）[C];2010年

5 田輝;;膠粘劑與座艙玻璃復合體材料性能研究[A];2012航空試驗測試技術學術交流會論文集[C];2012年

6 潘紅良;;失效分析技術在電鍍生產中的應用[A];2007年上海市電子電鍍學術年會論文集[C];2007年

7 李廣勇;李季蘇;;大型撓性變結構仿真器在撓性航天器控制系統(tǒng)仿真中的應用研究[A];'99系統(tǒng)仿真技術及其應用學術交流會論文集[C];1999年

8 任錚鉞;張曉杰;;環(huán)氧樹脂建筑結構膠粘劑增韌改性試驗研究[A];第十三次全國環(huán)氧樹脂應用技術學術交流會論文集[C];2009年

9 劉海英;張彥華;趙煥;肖華南;顧繼友;;氧化淀粉改性聚醋酸乙烯酯乳液膠黏劑膠接機理的研究[A];北京粘接學會第二十一屆學術年會暨粘接技術創(chuàng)新與發(fā)展論壇論文集[C];2012年

中國博士學位論文全文數(shù)據庫 前10條

1 王德廣;金屬粉末高致密化成形及其數(shù)值模擬研究[D];合肥工業(yè)大學;2010年

2 毛海濤;無限深透水地基上土石壩壩基滲流控制計算方法和防滲措施的研究[D];新疆農業(yè)大學;2010年

3 張順善;雙絲間接電弧焊電弧特性及熔滴過渡研究[D];山東大學;2010年

4 呂林;海洋工程中小尺度物體的相關水動力數(shù)值計算[D];大連理工大學;2006年

5 李斌;軌道結構隨機振動和Ⅲ型軌枕可靠性研究[D];西南交通大學;2011年

6 趙磊;SiO_(2f)/SiO_2復合材料與Invar合金的釬焊接頭界面結構及形成機理[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

7 徐永亮;防治煤自燃的懸砂膠體研究[D];中國礦業(yè)大學;2011年

8 朱占平;帶縫金屬腔體、電子線路的微波耦合特性分析與基本電路的微波注入效應實驗研究[D];國防科學技術大學;2011年

9 閆俊霞;高速大型振動篩結構動態(tài)特性及可靠性基礎研究[D];中國礦業(yè)大學;2011年

10 朱曉云;銀包銅粉及聚合物導體漿料制備與性能研究[D];昆明理工大學;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據庫 前10條

1 周磊;振動篩分機械的動態(tài)特性分析與結構優(yōu)化設計研究[D];河南理工大學;2010年

2 劉愛龍;AZ31鎂合金粘接接頭的疲勞性能研究[D];鄭州大學;2010年

3 劉博;自然元方法的分析及其在偏微分方程中的應用[D];湘潭大學;2010年

4 儲建根;應力對納米晶光電性能影響的研究[D];江西師范大學;2010年

5 何延強;功率VDMOS器件失效分析與可靠性研究[D];哈爾濱理工大學;2010年

6 李志強;核電站蒸發(fā)器傳熱管安全評定方法的研究[D];華東理工大學;2011年

7 王玉興;內燃機薄壁件噪聲和密封性能的仿真分析及結構優(yōu)化設計[D];浙江大學;2010年

8 王志強;西昌昔格達組的動力特性研究[D];昆明理工大學;2009年

9 蘭洋;基于剛柔多體動力學的車輛懸置系統(tǒng)隔振仿真研究[D];昆明理工大學;2009年

10 馮玲兵;基于有限元分析的縐片機輥筒橫壓力的數(shù)學模型研究[D];昆明理工大學;2009年

【同被引文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前10條

1 潘少輝;何倫文;汪禮康;張衛(wèi);;VDMOS器件貼片工藝中氣泡的形成機制與影響[J];半導體技術;2007年05期

2 陳穎;孫博;謝勁松;李健;;芯片粘接空洞對功率器件散熱特性的影響[J];半導體技術;2007年10期

3 章蕾;郭好文;何倫文;汪禮康;張衛(wèi);;貼片焊層厚度對功率器件熱可靠性影響的研究[J];半導體技術;2007年11期

4 羅智蕓;高健;陳新;;基于BP神經網絡的引線鍵合模型[J];半導體技術;2008年11期

5 謝鑫鵬;畢向東;胡俊;李國元;;空洞對功率芯片粘貼焊層熱可靠性影響的分析[J];半導體技術;2009年10期

6 秦賢滿;熱阻的概念和測試方法[J];半導體技術;1996年03期

7 王軍,楊曉智;用摻氧多晶硅鈍化技術制造高可靠高壓晶體管[J];半導體情報;2001年02期

8 張鴻,謝建新,任克剛,覃強,王自東;退火溫度對單向纖維晶純銅線材組織性能影響[J];北京科技大學學報;2003年03期

9 李現(xiàn)兵;師宇杰;王廣州;王桂榮;;淺談現(xiàn)代電力電子器件的發(fā)展[J];變頻器世界;2005年03期

10 葛勱沖;微電子封裝中芯片焊接技術及其設備的發(fā)展[J];電子工業(yè)專用設備;2000年04期

中國博士學位論文全文數(shù)據庫 前1條

1 常俊玲;功率器件無鉛焊料焊接層可靠性研究[D];中國科學院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術研究所）;2005年

中國碩士學位論文全文數(shù)據庫 前8條

1 張勝紅;電子封裝SnPbAg焊層熱循環(huán)可靠性研究[D];中國科學院上海冶金研究所;2000年

2 徐慧;銅及金絲與鋁合金焊盤鍵合的金屬間化合物生長和可靠性[D];哈爾濱工業(yè)大學;2006年

3 關經緯;電子器件超聲鍵合接合部形成特征及電性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2006年

4 李松;超聲鍵合界面金屬學行為研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2006年

5 王強;微電子封裝中無鉛焊料SnAgCu的材料Anand本構模型參數(shù)試驗測定和焊點壽命預測[D];浙江工業(yè)大學;2007年

6 沈萌;BGA封裝器件焊球剪切實驗及模擬研究[D];復旦大學;2008年

7 王振雄;功率器件的封裝失效分析以及靜電放電研究[D];復旦大學;2009年

8 方強;塑封功率器件分層失效機理研究與工藝改進[D];復旦大學;2009年

【二級引證文獻】

中國碩士學位論文全文數(shù)據庫 前1條

1 王忠遠;銅線鍵合工藝技術在封裝中的研究與應用[D];電子科技大學;2013年

【二級參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前10條

1 倪錦峰,王家楫;IC卡中薄芯片碎裂失效機理的研究[J];半導體技術;2004年04期

2 金瑋,桑文斌,張奇,滕建勇;有限元方法對SCSP粘結劑溢出問題的研究[J];半導體學報;2004年02期

3 顧靖,王珺,陸震,俞宏坤,肖斐;芯片疊層封裝的失效分析和熱應力模擬[J];半導體學報;2005年06期

4 孔令超,謝禹鈞;非對稱彎曲雙邊裂紋管道的應力強度因子[J];撫順石油學院學報;2000年02期

5 羅高作,王平;ANSYS及結構分析應用[J];黃石高等�？茖W校學報;2002年03期

6 王友海,顏慧軍,胡長勝;大型有限元分析軟件ANSYS的特點[J];建筑機械;2000年09期

7 武江傳;ANSYS在結構分析中的應用[J];連云港化工高等專科學校學報;2002年03期

8 郭海鷹;大型通用有限元分析軟件ANSYS簡介及應用體會[J];無線電通信技術;1996年05期

9 藍宇,張連杰;大型有限元分析軟件ANSYS[J];應用科技;2000年06期

10 趙先瓊,楊曉紅;ANSYS有限元分析與20節(jié)點塊單元[J];岳陽師范學院學報(自然科學版);2001年03期

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1 淳靜;吳宇列;戴一帆;李圣怡;;光纖有源器件封裝制造中的自動對準方法研究[J];中國機械工程;2005年24期

2 魯祥友;華澤釗;謝遠來;劉美靜;;基于熱管散熱的LED器件封裝熱分析[J];電力電子技術;2009年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據庫 前4條

1 王春富;秦躍利;;平行封焊技術在微波器件封裝中的應用[A];第十四屆全國混合集成電路學術會議論文集[C];2005年

2 何輝;;顯示用LED器件封裝材料應用探討[A];2010全國LED顯示應用技術交流暨產業(yè)發(fā)展研討會文集[C];2010年

3 黃利瓊;徐紅春;;光電子器件封裝中的微細倒裝互連技術[A];2008通信理論與技術新進展——第十三屆全國青年通信學術會議論文集（上）[C];2008年

4 戴旭涵;趙小林;丁桂甫;汪紅;蔡炳初;;金屬基微型光纖定位夾及其在光電子器件封裝耦合中的應用[A];中國光學學會2006年學術大會論文摘要集[C];2006年

中國重要報紙全文數(shù)據庫 前9條

1 記者 雷中校;[N];上海證券報;2011年

2 ;[N];中國電子報;2009年

3 張效;[N];電子資訊時報;2008年

4 王濤;[N];中國建設報;2009年

5 工業(yè)和信息化部電子信息司副調研員 任愛光;[N];中國電子報;2011年

6 本報記者 梁紅兵;[N];中國電子報;2009年

7 何小明;[N];中國電子報;2000年

8 關積珍;[N];中國電子報;2006年

9 記者 孫曉說;[N];惠州日報;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據庫 前5條

1 林劍鋒;微納器件封裝及相關物理問題研究[D];華東師范大學;2007年

2 謝鑫鵬;功率器件封裝的可靠性研究[D];華南理工大學;2010年

3 高卓;OLED器件封裝工藝研究[D];電子科技大學;2011年

4 幸智;大功率半導體照明器件封裝技術與工藝研究[D];南昌大學;2011年

5 吳頂和;功率器件封裝的失效分析技術及技術應用研究[D];復旦大學;2008年

相關機構

>電子科技大學

>南昌大學

>復旦大學

>華東師范大學

>華南理工大學

相關作者

>高卓 >謝鑫鵬

>幸智 >吳頂和

>林劍鋒

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本文編號：221894