探討采用綠色塑料封裝的功率MOSFET性能

實驗方法學(xué)

本實驗采用一臺波形記錄器對眾多使用綠色和非綠色EMC封裝的銅鍵合線MOSFET器件進行電氣測試，然后對這些器件施加熱壓(ACLV)應(yīng)力。施加ACLV是為了評測這些改變材料的新封裝。該實驗采用了較大強度的加速試驗法，即被測器件處于冷凝環(huán)境，壓力205kPa、濕度100%、溫度121℃。這是為了加快濕氣向封裝內(nèi)滲透，以便暴露器件的缺陷，如脫層和金屬腐蝕。應(yīng)力施加時間從通常的96小時延長到192、288、384、480、576、672、768及864小時。這是為了研究MOSFET器件在長時間ACLV應(yīng)力下的電氣性能及物理性質(zhì)的變化。在每個應(yīng)力施加時間點，都從氣室中取出一些器件，烘干一晚后，重新測試其電氣特性。接下來，便使用磨削拋光機將器件橫向剖開，或用酸蝕法打開。然后，使用可變應(yīng)力場發(fā)射式掃描電子顯微鏡檢查器件裸片、鍵合線及金屬間微結(jié)構(gòu)。此外，還使用色散X射線儀(EDX)進行成分分析。

實驗結(jié)果與討論

可評測和比較非綠色和綠色EMC材料對功率MOSFET斷電時特性(IGSS、IDSS、BVDSS)的影響。

模塑化合物中的雜質(zhì)離子(包括陰離子和陽離子)會嚴(yán)重削弱MOSFET器件的電氣指標(biāo)。這種削弱受濕度和溫度影響，在帶電載流子流動性增加時進一步加劇。在高溫時，非綠色EMC的溴化阻燃材料中會以溴甲烷形式釋放出溴離子。這些溴離子會使MOSFET源極和柵極間的漏電流增大，而這已在非綠色器件上得到證實，非綠色器件在承受ACLV應(yīng)力期間表現(xiàn)出比綠色器件更高的IGSS電流漂移，如圖1所示。

圖1 綠色和非綠色器件IGSS(柵極-源極漏電流)漂移隨施壓時長的變化

圖2不同ACLV時長下綠色和非綠色器件的IDSS(零壓柵極-漏極電流)

如果EMC中存在鈉和鉀離子，MOSFET性能會進一步惡化，有可能在氧化物中形成逆溫層，進而造成漏電。不過，雜質(zhì)離子對IDSS(見圖2)和BVDSS(見圖3)的影響無關(guān)緊要。

圖3 不同ACLV時長下綠色和非綠色器件的BVDSS(漏極-源極擊穿電壓)