探討采用綠色塑料封裝的功率MOSFET性能
濕度增加會(huì)加快離子雜質(zhì)的流動(dòng),并造成MOSFET漏電流。大多數(shù)塑封材料都會(huì)滲透潮氣。填充材料會(huì)影響塑封的抗潮能力,這是因?yàn)樘畛洳牧涎娱L了水分?jǐn)U散的通道,從而降低了水分?jǐn)U散速率。綠色EMC的填充材料含量(86.0%)比非綠色EMC的含量(78.6%)高。由于填充密度高,濕氣到達(dá)裸片表面需要的時(shí)間肯定更長。這也許是綠色器件中IGSS漂移相對(duì)較小的原因之一。
此外,填充材料也會(huì)引起與器件金屬接觸的模塑化合物腐蝕。存在于固化的模塑化合物中的離子或因環(huán)境惡化產(chǎn)生的離子能夠產(chǎn)生電流,從而助長腐蝕。而脫水導(dǎo)電測試表明,經(jīng)填充的環(huán)氧樹脂室溫導(dǎo)電率為0.5~2.8(Ωcm)-1×10-4,70℃時(shí)為7.8~9.1(Ωcm)-1×10-4。導(dǎo)電率的增加是因?yàn)樘畛洳牧暇哂嗅尫烹x子的作用。
在銅鍵合焊球中,鋁鍵合焊盤會(huì)與銅-鋁金屬間化合物形成一個(gè)原電池,并以周圍的潮濕環(huán)境為電解液。這種電偶會(huì)促成鋁的氧化,加快腐蝕過程。非綠色EMC的溴化阻燃材料高溫時(shí)釋放出的溴亦會(huì)加快腐蝕。溴與其它離子(如氯化物和氟化物)形成電解液。這種電解液不會(huì)腐蝕MOSFET裸片的整個(gè)源極金屬,而是使鍵合焊球的金屬間微結(jié)構(gòu)劣化。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)飛兆半導(dǎo)體分立功率MOSFET器件都在源極金屬中增加了鈦,可以作為防腐屏障。此外,EMC-鋁焊盤與銅-鋁金屬間化合物和鋁焊盤間的界面不同,本身并沒有電偶的作用。鍵合焊球的腐蝕不直接導(dǎo)致失效,但會(huì)增加其鍵合電阻。
圖4 經(jīng)ACLV應(yīng)力后用酸蝕法剖開的非綠色MOSFET器件
圖4所示為接受864小時(shí)的ACLV應(yīng)力后,用酸蝕法剖開的非綠色MOSFET器件的照片(放大17倍)。非綠色EMC并未在整個(gè)裸片表面造成電解腐蝕,而是腐蝕了鍵合焊球下面的金屬。
在形成的原電池中,鋁的還原電勢(-1.66V)比鋁-銅的(2.00V) 低。因此,鋁焊盤就成為被腐蝕的陽極,而鋁-銅金屬間就成為一個(gè)受保護(hù)的陰極。在陽極,鋁金屬出現(xiàn)如下的分解:
Al→Al3+ +3e-
Al的腐蝕產(chǎn)物為Al(OH)3:
Al3++3H2O→Al(OH)3 + 3H+
在陰極,水分子被還原為氫氧離子:
2H2O+2e-→H2+2OH-
EDX分析發(fā)現(xiàn),剛鍵合的銅焊球與鋁鍵合焊盤形成了CuAl2金屬間相,CuAl2為四方晶體,呈淺黃色,電阻率為7~8mΩ·cm。在121℃的ACLV溫度較低,不足以引起鋁到銅間的互擴(kuò)散。因此,施加ACLV應(yīng)力對(duì)金屬間層的生長可忽略不計(jì)。甚至在施壓864小時(shí)后,金屬間相和厚度都保持不變。
評(píng)論