探討采用綠色塑料封裝的功率MOSFET性能

實(shí)驗方法學(xué)

本實(shí)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(xiàn)MOSFET器件進(jìn)行電氣測試，然后對這些器件施加熱壓(ACLV)應力。施加ACLV是為了評測這些改變材料的新封裝。該實(shí)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滲透，以便暴露器件的缺陷，如脫層和金屬腐蝕。應力施加時(shí)間從通常的96小時(shí)延長(cháng)到192、288、384、480、576、672、768及864小時(shí)。這是為了研究MOSFET器件在長(cháng)時(shí)間ACLV應力下的電氣性能及物理性質(zhì)的變化。在每個(gè)應力施加時(shí)間點(diǎn)，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(lái)，便使用磨削拋光機將器件橫向剖開(kāi)，或用酸蝕法打開(kāi)。然后，使用可變應力場(chǎng)發(fā)射式掃描電子顯微鏡檢查器件裸片、鍵合線(xiàn)及金屬間微結構。此外，還使用色散X射線(xiàn)儀(EDX)進(jìn)行成分分析。

實(shí)驗結果與討論

可評測和比較非綠色和綠色EMC材料對功率MOSFET斷電時(shí)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(yáng)離子)會(huì )嚴重削弱MOSFET器件的電氣指標。這種削弱受濕度和溫度影響，在帶電載流子流動(dòng)性增加時(shí)進(jìn)一步加劇。在高溫時(shí)，非綠色EMC的溴化阻燃材料中會(huì )以溴甲烷形式釋放出溴離子。這些溴離子會(huì )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(shí)，非綠色器件在承受ACLV應力期間表現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(shí)長(cháng)的變化

圖2不同ACLV時(shí)長(cháng)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(huì )進(jìn)一步惡化，有可能在氧化物中形成逆溫層，進(jìn)而造成漏電。不過(guò)，雜質(zhì)離子對IDSS(見(jiàn)圖2)和BVDSS(見(jiàn)圖3)的影響無(wú)關(guān)緊要。

圖3 不同ACLV時(shí)長(cháng)下綠色和非綠色器件的BVDSS(漏極-源極擊穿電壓)