微波功率器件热结构缺陷分析(三)

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<p>C－SAM（声学扫描）、X－RAY分析应用（三）<br/>——微波功率器件热结构缺陷分析<br/><br/>编写：李少平李萍<br/><br/>陶瓷封装微波功率器件热结构缺陷分析案例<br/><br/>微波功率器件失效机理复杂，失效分析难度大，主要表现在：<br/>①微波功率器件属于静电放电敏感器件<br/><br/>微波功率器件工作在微波频率范围，微波通路上每个节点的等效电容量必须<br/><br/>符合器件在微波工作频率下的要求，限制了微波器件端口静电放电保护。微波器<br/><br/>件多数属于静电放电敏感的器件，尤其是MOS型功微波率器件，是静电放电极<br/><br/>其敏感的器件。<br/><br/>②驻波可导致器件过电压或过功率击穿失效<br/><br/>器件工作在微波频率，如果微波通路上阻抗匹配出现异常，就可能产生驻波，<br/><br/>导致大电压和大功率，最终引起器件因过电压或过功率而失效。<br/><br/>③失效扩大<br/><br/>微波器件属于功率输出器件，一旦由于某种原因引起短路失效，其电源将提<br/><br/>供足够的功率，加上微波功率，使失效部位进一步扩大，因此而掩盖器件初始失<pclass='Elp950'>http://KêKaoXing.com。</p><br/>效的特征，导致失效分析难度增大。<br/><br/>④微波器件装配工艺复杂，装配缺陷具有隐蔽性<br/><br/>由于微波器件工作的特点，导致其装配工艺复杂，而且装配工艺的缺陷具有<br/><br/>一定的隐蔽性，如金丝键合缺陷、芯片烧结缺陷等等。<br/><br/>对微波器件的失效分析，一方面从失效表征诊断样品的失效机理，但往往因<br/><br/>为微波器件失效的复杂性而难以确定一个准确的结论，常常需要通过器件缺陷的<br/><br/>直接分析以及缺陷、失效表征与失效机理的对应性，必要时，通过试验验证来诊<br/><br/>断微波功率器件的失效机理。<br/><br/>微波功率器件通常由多个功率芯片并联和阻抗匹配网络组成，属于多芯片组<br/>装，通常采用元器件烧结在陶瓷（一般为氧化铍陶瓷）基板、陶瓷基板烧结在底<br/><br/>（管壳）的结构，结构示意图见图1。<br/><br/><br/><br/><spanlang="EN-US"><imgstyle="WIDTH:436px;HEIGHT:164px"height="164"alt=""width="523"src="http://www.kekaoxing.com/dede/upimg/allimg/061221/1144000.jpg"/></span><br/><br/>图1微波功率器件内部结构示意图<br/><br/>从微波功率器件的结构示意图可见，微波功率器件有两个烧结界面，如果烧<br/><br/>结工艺存在缺陷，可引起微波器件散热不良，导致微波功率器件的芯片过热而击<spanclass='Elp950'>欢迎访问中国可靠性网KeKaoxing.com</span><br/><br/>穿失效。<br/><br/>微波功率器件过热特征可以是多种因素引起的，如散热不良引起过热击穿、<br/><br/>驻波引起过电压或过功率击穿、承受过功率引起击穿等，因此，必须根据器件的<br/><br/>失效特征、结合器件的结构缺陷、器件失效时的应用状态应力以及环境应力，综<br/><br/>合分析器件的各方面的因素，诊断器件的失效机理。<br/><br/>具有过热、过功率失效特征的微波器件，开展热结构分析，可区分热结构缺<br/><br/>陷和过功率引起的失效。下面以××××型号功率器件为例，阐述C－SAN、X－<br/><br/>RAY在微波功率器件失效分析中的应用。<br/><br/>失效过程：样品已随整机经过低温贮存、低温工作、高温贮存、高温工作、<br/><br/>温度－高度试验、加速度和温度冲击试验，现场累计工作时间为40小时。在进<br/><br/>行了温度冲击试验后，器件发生失效。<br/>通过对失效样品的C－SAM（声学扫描）观察可见：失效样品的陶瓷与底座<br/><br/>（管壳）之间的烧结界面存在大面积空洞，见图2，陶瓷基板与管壳之间存在严<br/><br/>重的热缺陷；失效样品中共6只芯片并联，其中有一只芯片与陶瓷基板之间烧结<br/><br/>存在大面积空洞，见图3。中国可靠性网<br/><br/><spanlang="EN-US"><imgstyle="WIDTH:480px;HEIGHT:171px"height="171"alt=""width="553"src="http://www.kekaoxing.com/dede/upimg/allimg/061221/1144001.jpg"/></span><br/><br/><br/><br/>图2陶瓷基板与管壳之间C－图3芯片与陶瓷基板之间C－<br/><br/>SAM扫描形貌（中间长方形块SAM扫描形貌（白线上共6只<br/><br/>中红色部分为陶瓷烧结空洞，黄芯片，其中左起第5只芯片呈现<br/><br/>色为烧结良好）红色，为烧结空洞）中国可靠性网可靠性、com<br/><br/><br/>X－RAY观察发现：在C－SAM观察中到芯片烧结不良的位置上，灰度明<br/><br/>显比其它芯片低，见图4，证明该芯片的烧结材料明显比其他地方少。<br/><br/><spanlang="EN-US"><imgstyle="WIDTH:446px;HEIGHT:192px"height="192"alt=""width="554"src="http://www.kekaoxing.com/dede/upimg/allimg/061221/1144002.jpg"/></span><br/><br/>图4X－RAY观察形貌（蓝框中的图5芯片布局（白线上共有6只芯<br/><br/>芯片呈现低灰度——烧结焊料粘润不片，烧结不良的芯片位置在红框中）<br/><br/>良，红框对应于声扫发现的空洞）

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<br/><br/>图5是样品芯片严重过热烧毁的形貌照片、芯片烧结空洞的位置。<br/><br/>C－SAM、X－RAY分析证明，失效样品存在严重的烧结缺陷，会产生严重<br/><br/>的散热不良问题，尤其是图3中所示的左起第5只芯片，整个芯片都未能形成良<br/><br/>好烧结，该芯片的散热条件极为恶劣。由于失效样品采用6只芯片并联，见图5，<br/><br/>正常工作时，微波功率是平均分配到每只芯片上的，由于该芯片存在严重的烧结<br/><br/>缺陷，显然该芯片工作时温度远高于其他芯片，因此在样品使用过程中，该芯片<br/>因过热而首先失效。<br/>正是由于样品采用6只芯片并联，某芯片击穿烧毁，一方面，引起其他芯片<br/><br/>平均负担功率增大；另方面，破坏输出回路的阻抗匹配，引起大驻波产生和或驻<br/><br/>波增大。由于某芯片的过热击穿烧毁，最终引起其他芯片击穿烧毁。<br/><br/>案例提示：<pclass='Iyw975'>http://www.可靠性.com</p></p>
<p><br/><br/><br/>①微波功率器件一般是多芯片（包括放大晶体管芯片、匹配电容器和电阻等）<br/><br/>电路，都采用陶瓷基板进行组装，存在两个烧结面，任何一个烧结面存在异常，<br/><br/>均可能导致微波功率器件散热不良，而引起放大晶体管过热击穿失效。<br/><br/>②微波功率器件存在两个烧结界面，在烧结界面的缺陷分析方面应采用C－<br/><br/>SAN、X－RAY两种分析方法结合，相互验证，可以确认烧结缺陷的部位和程度。<br/><br/>③界面烧结缺陷是微波功率器件的主要失效原因，应引起微波功率器件生产<br/><br/>单位和使用单位的高度重视。<br/><br/>题外话：<br/><br/>委托单位应根据失效分析结果进行：<br/><br/>第一步，对产品烧结缺陷开展100％筛选，剔除存在烧结缺陷的产品；<br/><br/>第二步，开展烧结缺陷的工艺控制。<br/><pclass='Iyw975'>中国可靠性网可靠性、com</p></p>

qqtankqq

定！！！！！！！！！！

heheh

不错~学习了。。。

闲情

工艺的重要性，可见一斑