常見的MOS管封裝失效原因分析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-08-04
封裝，顧名思義是將集成電路包封起來，達(dá)到與外加隔離的目的。在工程師的日常工作當(dāng)中，時(shí)不時(shí)會(huì)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。
當(dāng)熱傳遞到芯片/焊料界面時(shí)，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(dá)到散熱目的。
空氣的導(dǎo)熱性能遠(yuǎn)不如金屬和合金焊料，所以當(dāng)焊料中有空洞存在時(shí)，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(shí)升高。
空洞中氣體的存在會(huì)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(diǎn)，并導(dǎo)致應(yīng)力裂紋的產(chǎn)生。
于此同時(shí)，結(jié)溫升高時(shí), 其結(jié)電流就會(huì)進(jìn)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。
芯片碎裂一般有兩個(gè)主要原因，內(nèi)因：芯片本身強(qiáng)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(shí)，外加應(yīng)力在樣品上的上的分布是均勻的，它們在碎裂時(shí)是由原子間的鍵發(fā)生斷裂，因而它們的機(jī)械強(qiáng)度就取決于鍵的強(qiáng)度。
在材料表面出現(xiàn)劃痕后，外加應(yīng)力時(shí)，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(qiáng)度因子時(shí)，裂紋就會(huì)失去穩(wěn)定而發(fā)生擴(kuò)展。
因而對于脆性材料來說，表面劃痕對材料的強(qiáng)度有很大的影響。再一個(gè)是，封裝體中各種材料的熱膨脹系數(shù)不匹配，瞬間受熱時(shí)引起分層，嚴(yán)重時(shí)引起芯片裂紋。
封裝樹脂耐濕性差，受熱時(shí)水分氣化體積倍增，亦會(huì)使得界面發(fā)生剝離，嚴(yán)重時(shí)引起裂紋。
導(dǎo)致反向擊穿的一個(gè)機(jī)制是avalanche multiplication。考慮一個(gè)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(qiáng)。強(qiáng)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(shí)，他們撞擊松的價(jià)電子且產(chǎn)生了額外的載流子。因?yàn)橐粋€(gè)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(gè)雪球能產(chǎn)生一場雪崩一樣，所以這個(gè)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(huì)起到一個(gè)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(shí)，漏極電流越大電壓會(huì)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(huì)達(dá)到低壓大電流狀態(tài)，進(jìn)而造成雪崩擊穿。
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(shí)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(jìn)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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