《MOSFET塑封料评估的环境试验与老化试验比对分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MOSFET塑封料评估的环境试验与老化试验比对分析（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、MOSFET 塑封料评估的环境试验与老化试验比对分析摘要：本文以理论分析加实验验证的方式讲述了 MOSFET塑封料评估的环境 试验与老化试验的比对分析，发现对于塑封料评估的可靠性试验设计必须合理， 如果芯片工艺稳定，历史表现良好，那么环境试验比老化试验更直接有效的验证 了塑封料的性能，但是对于无钝化层工艺或者历史表现一般的芯片而言，老化试 验也是验证塑封料必不可少的测试项目。关键词：功率 MOSFET 塑封料 可靠性 环境试验 老化试验0 引言对于功率MOSFET的认证及可靠性试验的标准较多，像JEDEC,AEC,IEC,MIL,GJB 等,标准中也有关于材料工艺变更等项目的可靠性测试项 目选
2、择指南，一般参考指南来选择测试项目即可，但是对于塑封料的评估来说， 同时做环境试验和老化试验即需要大量的样品增加成本，试验周期也较长。究竟 是环境试验适合，还是老化试验更适合呢？哪个试验更能快速、有效的得出结论 呢？而这两种试验结论的对比及失效模式又如何呢？本文通过理论分析并结合实 际实验室的测试结果来分析说明对于MOSFET塑封料评估的环境试验、老化试验 有效性及结果进行比对。1 功率 MOSFET 塑封料评估功率 MOSET 塑封料评估是指对产品塑封料的改善或者替换而做的评估测试。 对于 MOSFET 封装企业来说只有高品质的原材料才会有高品质的产品，但往往高 品质伴随的是高成本，那么企业
3、要增加利润、降低成本，就要在保证产品质量的 前提对原材料进行持续改善或者重新寻找价格低、性能好的材料替换，而塑封料 也是其中之一；而对于改善后或者替换后的塑封料是否符合质量要求，设计和执 行系列验证测试就是评估，如果评估测试顺利通过，相关验证记录及报告完成且 PCR通知到客户并同意，那么就可以实现正常生产。2 MOSFET环境试验可靠性测试中的环境试验包括高温储存（HTS），低温储存（LTS），高温蒸 煮（PCT），热冲击（TS），温度循环（TC）,温湿度储存（THS），潮气灵敏度等 级试验（MSL）等，环境试验主要是考核MOSFET封装密封性及产品运输，贮存和 使用条件下的性能，暴露和分析M
4、OSFET在不同环境和应力条件下的失效规律和 失效机理，为改进产品可靠性提供依据，是质量保证的重要手段。美军标MIL- ZTD-781D中明确规定：环境试验是可靠性试验的必要补充内容，也是提高产品可 靠性的重要手段。而对于塑封料评估的环境试验来说是属于对材料更改的可靠性 的验证，通过试验来判定塑封料密封性及替换现有材料的可行性。例如某款 MOSFET产品，有两款新的塑封料无论从供应商提供的材质分析，性能表现或者客 户反馈来看都是可行的，那么通过批准试产工程批而后进行可靠性验证，潮气灵 敏度MSL试验后，C-SAM扫描内部情况如下：2新塑封料1 MSL试验前新塑封料1 MSL试验后新塑封料2 M
5、SL试验前新塑封料2 MSL试验前从图片可看出新塑封料1试验后die attach, leadframe-mold compound都 是有分层的；塑封料2在leadframe-mold compound有分层，die上面是没有分 层的,那么塑封料2的抗潮能力要优于塑封料1.又通过其他环境试验来对两种塑封料进行验证,结论如下：可失塑M封料性测试试验条件试验 结果效分析论结F新A塑结封果料显2示抗新潮潮塑121 C,1气气0封CT00%RH,15psig2/77入能H85 C,8/料,96hrs侵力3T5%RH,100V,171,比RB68hrs7产新品塑内封部料芯1片好上分层C-65 C-T1
6、50 C200cycles0/77PCT121 C,100%RH,96hrs/73TRBH塑封料新85 C,85%RH,100V,168hrs0/77CT-65 C-150 C200cycles0/77有塑封现CTP121 C,100%RH,96hrs0/77H85 C,850/77用现有塑封料作为Control批进行试验的目的是为了排除因为芯片因素而导 致验证失败。从上述事例可看出，PCT试验可以有效的考核塑封料的抗潮气能力; H3TRB是在高温高湿的环境下考核产品储存能力，电压是加速水分的渗透；TC是 在高低温转化循环条件下，考核产品各层之间材料间的热匹配能力。由MSL试验 及表1试验结论
7、可知，新塑封料2可用来替换现有塑封料。3 MOSFET老化试验可靠性测试中的老化试验包括高温反偏（HTRB），高温门极试验（HTGB）， 功率循环试验（PC）,间歇寿命试验（I0L）以及稳态寿命试验（SSOL ）等。此类 试验是加速寿命试验，即在特定的试验条件下考察产品的寿命特征、失效规律及 在寿命试验过程中可能出现的各种失效模式，结合失效分析，进一步弄清楚导致 产品失效的主要失效机理，进而改进产品质量提高可靠性。对于塑封料评估项目 选择老化试验的目的是为了确保新塑封料的成分与芯片匹配并且不会影响产品正 常的使用寿命。同样，以芯派某款M0SFET产品更换塑封料为例，在进行环境试 验的同时进行老
8、化试验，试验项目及结果如表2。表2中HTRB试验是持续加80%反偏电压，在150度高温的环境下持续168小 时，目的是在高温高压的环境下加速离子迁移和产品老化，考验产品寿命是否达 到设计目标。HTGB目的是在高温环境下加100%栅极电压加速产品老化考验产品 寿命情况，PC功率循环试验是产品在开通和关断状态循环的过程，目的是考验产品开关特性及其耐受能力。从试验结果来看，两种塑封料都无失效也说明它们和 现有塑封料对产品的效果是一样的，但是不能就说肯定可以作为替换料来用作生 产。因为很明显，同样的芯片、工艺，做同样的塑封料评估，选择环境试验和老 化试验的结果是不同的。下面我们针对这种情况作以分析。塑
9、封料可靠性测试试验条件试验结果失效分析结论新塑封料1HTRB150 C,80%Vds,168hrs0/77/新 塑封料1 和新塑 封料2 试验后 都无失 效HTGB150 C,100%Vgs,168hrs0/77/PC Tj=100C 2mins on/3mins off 2000cycles0/77/新塑封料2HTRB150 C,80%Vds,168hrs0/77/HTGB150 C,100%Vgs,168hrs0/77/PC Tj=100C 2minson/3mins off2000cycles0/77/HTRB150 C,80%Vds,168hrs0/77/|HTGB150 C,100%
10、Vgs,168hrs0/77:PC Tj=100C 2minson/3mins off2000cycles0/77/现有塑封料表2某款MOSFET塑封料评估老化试验总结4环境试验与老化试验结论比对从表1和表2我们可以看到同样的塑封料评估，环境试验结果显示新塑封料2可以用作替换材料，老化试验结果显示两种新塑封料都无失效。综合两种试验结果我们可以得出结论新塑封料2是最理想、安全的替换材料。对于此次评估项目来说，老化试验显然没有环境试验的效果那么直接，有效。 那么是不是所有产品的塑封料评估都只需要进行环境试验就可以确定用哪种料并 量产呢？事实并非如此。对一款芯片没有钝化层工艺的MOSFET做节约成本
11、的塑 封料更换项目评估时，就发现了不一样的结果，如表3：塑封料可靠性测试试验条件试 验结 果失效分析新塑封料3PCT121 C,100%RH,96hrs0/77/H3TRB85 C,85%RH,100V,168hrs0/77/-TC-65 C-150 C200cycles0/77/HTRB150 C,80%Vds,168hrs4/77Bvdss/Idss失效HTGB150 C,100%Vgs,168hrs0/77/PC Tj=100C 2minson/3mins off 2000cycles0/77/新塑PC121 C,100%RH,96hrs4FA结果显示潮气两 种新塑 封料都 不适合封料4
12、T/77入侵，产品内部芯片上有分层H3TRB85 C,85%RH,100V,168hrs0/77/TC-65 C-150 C200cycles0/77/HT150 C,80%Vds,168hr3Bvdss/RBs/77Idss失效HTGB150 C,100%Vgs,168hrs0/77/PC Tj=100C 2minson/3mins off 2000cycles0/77/现有塑IPCT121 C,100%RH,96hrs0/77封料H3TRB85 C,85%RH,100V,168hrs0/77/TCHTRB-65 C-150 C200cycles/77150 C,80%Vds,168hrBvdss/77Idss失效HTGBPCrs150 C,100%Vgs,168h Tj=100C 2minson/3mins off 2000cycles/77/77表3某款无钝化层MOSFET塑封料评估试验总结从表3可看出两种塑封料抗潮气能力塑封料3优于塑封料4,但是HTRB试验后都有失效，分析发现是由
