功率型半导体整流器件晶片破损失效原因

此问题正航仪器在调研之初也有过激烈的内部讨论，诚然，这在设计新型功率型半导体整流器件的封装结构时引出的，该型号新品，在冷热冲击实验中表现异常。
一、初步原因分析
为了解决此问题我们将所有失效元件进行了逐个分析。从分析结果来看，所有破损均为晶片角部破碎，这就意味着在元件内部存在则较大内部应力，而且这种应力的力臂是沿着中心至边缘的辐射线发散出去的，越靠边缘力矩越大。
在加入冷热冲击这种外部环境变化后，内部应力的作用结果被放大，从而导致晶片破损。但为什么晶片会出现角部破损呢?这就要从产品内外、部结构分析。我们先来看晶片破损趋势/应力分析。
由于晶片位置全部在主体外侧边缘，所以当元件主体外形因温度变化产生轻微型变所造成的影响会进一步放大，导致晶片角部容易破损。从晶片破损的趋势也说明了以上推断。应力概念:材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为应力(Stress);或物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力(Stress)。


二、内部应力的来源。
我们结合功率型半导体整流器件封装工艺/原材料/设计结构，找到产生内部应力的发生根源。由于胶饼本身存在着固化前后的收缩模量以及成型和烘烤前后存在的较大温差，所以成型和烘烤工位是应力的主要来源。因此我们从成型/烘烤工艺参数及产品设计等几个方向提出三种解决方案。为了检验这三种方案的有效性，我们设计了三组实验，每组随机抽取77颗成品做样品同时送入可靠性实验室对其进行冷热冲击实验，并比较其两阶段结果。
三、解决方案经验总结
内部应力会集中反映在最薄弱的环节上。如果不能改变外部环境或封装材质，那么只有通过改善及加强内部结构强度来达到平衡应力的目的。
四、技术经济分析
从技术角度看，首先，此研究用实验的手段剖析了晶片破损的机理，对功率半导体器件的可靠性研究给予了较为有益的启示。其次，提示了设计工作者在解决问题时不仅要从正面思考问题，还要从问题的侧面或反面研究它;以免思路过于单一，阻碍设计视线。
从经济角度看，由于此产品是整流电源核心器件，它的可靠性决定了产品的安全性，而安全性和经济效益密切相关。它的经济效益是很难用金钱来衡量的，可以用以下3个观点加以阐述:提高产品可靠性，可以防止故障和事故的发生，尤其是避免灾难性的事故发生．比如:此功率型半导体整流器件使用在便携式电脑整流电源上，如果出现晶片破损导致整流电源短路烧毁，轻者设备损坏;重者酿成火灾事故。提高产品的可靠性，能使产品总的费用降低。一般来讲，为提高产品可靠性初期的研发费用会有所提高，甚至会提高售价;但由于其使用过程中的表现稳定，维修检查费用很低，总使用费用的降低。对于经营性公司来讲，提高产品的可靠性，可以改善公司信誉，增强竞争力，扩大市场份额，从而提高经济效益。
本文以实际问题的解决过程为主线阐述了一种产品研发思路以及产品可靠性的重要。为相关工作人员提供了一种解决问题或观察问题的新角度，我们正航仪器的宗旨是为您排忧解难，竭诚服务！http://www.dgzhenghang.net