功率器件芯片封装和静电放电失效分析.pdfVIP

第 48卷 第 1期 复旦 学报 (自然科学版) Vol. 48 No. 1 2009年 2月 JournalofFudanUniversity (NaturalScience) Feb. 2009 : 042 727104 (2009)0120078204 , 韋華 (复旦大学 材料科学系,上海 200433) : 针对一般 效机理的分析可提高功率半导体器件的可靠性.利用多种微分析手段, 分析和小结了功率 器件芯片的封装 效机理.重点分析了静电放电( electrostaticdischarge, ESD)导致的功率器件 效,引入了 ESD 电热理论模型. 实验证明,该模型能快速准确地分析金属引线的抗 ESD强度. : 功率器件; 效分析; 静电放电; 金属引线 : TN 306 : A 如今,在电信服务器电源、感应加热应用、不间断电源 (uninterrupted power supply,UPS)、手机、汽车电 子、等离子电视、液晶电视等领域,能承载较大功率的功率半导体器件得到了广泛的应用.功率 OS、绝缘 栅双极晶体管( insulatedgatebipolar transistor, IGBT)以及功率集成电路(power IC, PIC)为主的器件组成了 目前流行的功率半导体器件. 随着功率器件向大功率,高频率,集成化方向发展, 器件结构日趋复杂, 工作产生的热应力也随之增 [1] 加,封装的好坏对于器件的表现有着很大的影响 .除了封装缺陷以外, 功率器件的另一大 效原因是环 境因素或客户的不正常应用造成的静电放电(electrostaticdischarge, ESD). 本文就功率器件的封装和ESD 效机理作分析研究,为提高功率半导体器件的可靠性提供科学的途径. 1 效机理的分析及其分析手段验证 1. 1 X X射线能穿透一般可见光所不能透过的物质,它的穿透力与物质的密度有关系.在半导体工业, X射 线一般用于重金属元素分析,如焊料空洞,金线异常等封装缺陷.如图 1所示: 图 1( a)中芯片焊接部分存 在明显的焊料空洞,空洞中的气体会严重影响器件的散热性能,导致器件在正常工作时过热 效;图 1(b) 中的金线键合部位存在异常的弯曲, 会导致金线和芯片其他部分接触, 造成短路. 图 1 X2ray透视结果 (byDAGEXL6500) Fig. 1 The scanning resultsofX2ray : 200 8208201 : 王振雄( 19 82) ), 男,硕士研究生; 通讯联系人 曾 韋華,男, 副教授. 第 1期 王振雄等: 功率器件芯片封装和静电放电 效分析 79 1. 2 扫描电子显微镜( scanning electronmicroscope, SE )放大倍数高, 景深大, 是半导体工业最常用来观 察微观形貌的工具.利用 SE 样品台的翻转旋转,可以方便的观察芯片引线键合的情况.如图 2 所示, 图 2 (a)中的芯片引线和底部框架发生键合脱离(bond lift), 图2 (b)中引线的跟部发生断裂(heel crack),这 些缺陷都会造成芯片开路 效. 图 2 SE 扫描结果(byH ITACHIS3000H) Fig. 2 The scanning resultsby SE 1. 3 超声显微镜(scanning acousticmicroscope, SA )的工 作原理是利用超声波在不同介质中的反射和传播不同,特 别对于不同材料的界面反应非常敏感这一特性,来分析界 面是否存在分层或空洞.图3 为某功率器件的 SA 分析, 芯片和引线框架区域都与环氧塑封料 (ep