探討采用綠色塑料封裝的功率MOSFET性能

摘要

綠色指令推動(dòng)半導體廠(chǎng)家在其微電子產(chǎn)品封裝中摒棄氧化銻、阻燃劑及鹵代化合物之類(lèi)的環(huán)境有害物質(zhì)，然而人們可能擔心，綠色封裝中的新化學(xué)材料有可能影響半導體器件的性能。為此，我們通過(guò)熱壓應力測試對采用綠色和非綠色環(huán)氧模塑料 (EMC) 封裝的功率晶體管的性能進(jìn)行了評測。實(shí)驗表明，綠色器件的電氣和物理性能的確優(yōu)于非綠色器件。我們的研究結果表明，較之于采用綠色 EMC的器件，采用非綠色EMC封裝器件的柵極－源極漏電流 (IGSS) 更高，而漏極－源極導通電阻 (RDS[on]) 也更大。非綠色器件之所以電氣性能不穩定，是因為其中的阻燃材料會(huì )釋放較多的溴化物離子。在潮濕的環(huán)境下，這種溴化物離子會(huì )形成電解液，導致腐蝕。我們發(fā)現非綠色器件中的銅焊球極易受電解液腐蝕，腐蝕先從焊球周?chē)_(kāi)始，然后逐漸擴展到焊球基底。這些腐蝕性離子使銅焊球下的鋁焊盤(pán)加速溶解，從而在金屬間化合物層和焊盤(pán)之間形成隔離間隙，使焊盤(pán)脫離金屬間化合物層。而且，這個(gè)間隙在熱壓應力作用下逐漸變大，導致RDS[on]　阻值隨時(shí)間加大。相反地，綠色器件不易因腐蝕造成焊點(diǎn)損壞。因此，溫度綠色器件即使在高濕度、高熱壓情況下，其RDS[on] 也更穩定，而漏電流IGSS更小。

引言

歐盟部長(cháng)理事會(huì )已經(jīng)執行RoHS指令 (在電子電氣設備中限制使用某些有毒有害物質(zhì)指令) 以及WEEE指令 (報廢電氣電子設備指令)。RoHS指令于2006年7月1日生效，禁止在西歐銷(xiāo)售的電子產(chǎn)品中使用6種有害物質(zhì) (見(jiàn)表1)；WEEE指令則規定所有在歐洲銷(xiāo)售電子產(chǎn)品的廠(chǎng)家需為其2005年8月13日之后投放市場(chǎng)的產(chǎn)品建立報廢產(chǎn)品的收集和回收體系。

表1RoHS 有害物質(zhì)限制標準

“綠色計劃”則是一個(gè)面向客戶(hù)的環(huán)保計劃，旨在促進(jìn)供應商在產(chǎn)品中使用環(huán)保材料。這項計劃與無(wú)鉛倡議一樣，屬于自愿性質(zhì)，目前還不是法定強制性的。支持“綠色計劃”的客戶(hù)正在推動(dòng)其供應商提供綠色替代產(chǎn)品，而許多電子行業(yè)的供應商正在規劃其產(chǎn)品發(fā)展藍圖，要求其產(chǎn)品中只使用綠色材料，作為對全球環(huán)保承諾的一種示范措施?！熬G色計劃”是對RoHS 指令精神的強化補充，要求全面消除對環(huán)境有害的化合物(見(jiàn)表2)。

表2 完全的綠色標準包括表1規定的所有限制要求，并增加對表2所列物質(zhì)的限制

飛兆半導體一直致力于減少產(chǎn)品中的非環(huán)保物質(zhì)以保護環(huán)境，其綠色封裝標準是無(wú)鉛、無(wú)鹵代化合物和氧化銻。目前飛兆半導體生產(chǎn)的所有產(chǎn)品均符合RoHS標準，并正在向實(shí)現“全綠色”邁進(jìn)。表3所示為功率MOSFET產(chǎn)品中采用的綠色EMC成分。

表3 非綠色與綠色EMC的成分比較