快捷搜索:

微波器件在使用中失效的主要原因、分类及其分

择要

对约 50例微波器件掉效阐发结果进行了汇总和阐发 ,阐述了微波器件在应用中掉效的主要缘故原由、分类及其散播。汇总环境注解 ,因为器件本身质量和靠得住性导致的掉效约占 80% ,另外 20%是应用欠妥造成的。在器件本身的质量和靠得住性问题方面 ,详细掉效机理有引线键合不良、芯片缺陷 (包括沾污、裂片、工艺布局缺陷等 )、芯片粘结、管壳缺陷、胶应用欠妥等 ;在应用欠妥方面 ,主如果静电放电 ( ESD )损伤和过电损伤 ( EOS ) , EOS损伤中包括输出端掉配、加电顺序等操作欠妥引入的过电应力等。

1 小序

跟着今世电子技巧的成长 ,电子系统的事情频率越来越高 ,微波器件在各类领域中的利用范围越来越广 ,而在应用历程中碰到的质量和靠得住性问题也日益增多 ,有些已经给临盆方和应用方造成了伟大年夜的经济丧掉。近几年来 ,电子元器件靠得住性物理及其利用技巧国家级重点实验室受应用方和临盆方的委托 ,承担了大年夜量的微波器件、电路及组件的掉效阐发事情 ,本文总结了此中 56个实例 ,经由过程汇总阐发 ,探究微波器件的主要掉效模式及掉效缘故原由 ,以及若何在制造工艺、来料查验和阐发、应用操作等方面采取优化改进步伐 ,从而达到降落微波器件的掉效概率 ,前进整机系统的靠得住性的目的。

2 器件分类与滥觞汇总

2. 1  器件类型分类

微波器件可以按功能、频率、封装和预定用途等多种身分进行分类。因为微波器件的掉效模式和缘故原由每每与器件的工艺和布局相关 ,是以在后面的汇总阐发中 ,主要按制造工艺进行分类: 第一类是微波分立器件 (即平日所说的管子 ) ,第二类是微波单片电路 ( MMIC) ,主如果砷化镓单片电路 ,第三类是微波组件和模块 ,包括采纳封装器件以及裸芯片组成的各类微波混杂电路和功能模块。56个阐发实例中 ,共有掉效样品 144只。此平分立器件 20批、 59只掉效样品;单片电路 8批、 24只掉效样品;组件和模块最多 ,有 28批、掉效样品61只 (图 1)。

图 1 阐发实例器件类型汇总

2. 2  器件滥觞分类

图 2是器件滥觞的汇总数据。从图中可以看到 ,总数 56批中 ,入口器件是 19批次 ,约占总批次的 34% ; 掉效样 品有 41只 ,约 占总 样品 数的28. 5% 。此中入口分立器件 5批、 21只掉效品;单片电路 (塑封 ) 3批、 5只掉效品;组件和模块 11批、 15只掉效品。入口器件主如果整机系统单位应用 ,器件掉效直接影响到整机系统的靠得住性 ,应引起高度注重。

图 2  样品滥觞汇总

3 掉效模式和掉效缘故原由分类

3. 1  掉效模式分类汇总

不合器件如分立器件、单片电路和组件的详细掉效模式不合 ,都在总体上可分为功能掉效和特点退化两大年夜类 ,功能掉效详细又包括输入或输出短路或开路、无功率输出、节制功能丢掉等;特点退化详细有输出功率或增益下降、损耗增大年夜、节制能力下降、饱和电流下降、 PN结特点退化等。

图 3是掉效模式的汇总图。从图中看到 ,本次汇总的 56例掉效阐发中 , 32例的样品是功能掉效 ,18例的样品是特点退化 , 6例是既有功能掉效 ,又有特点退化。从总样品数 144来看 ,功能掉效的为104只 ,约占总样品数的 72. 2% ;特点退化的为 40只 ,约占27. 8%。总的来看 ,功能掉效是主要的掉效模式。

图 3  掉效模式汇总

3. 2  掉效缘故原由汇总阐发

确定掉效缘故原由和掉效机理是掉效阐发的主要目的 ,只有准确地找到掉效缘故原由 ,才能在今后的临盆和应用历程中有针对性地进行改进和警备 ,打消或削减掉效的再发生 ,包管整机和系统的靠得住性。

图 4是掉效缘故原由总的分类汇总图。汇总环境注解 ,掉效缘故原由有两大年夜类: 一类是器件本身的质量和靠得住性问题 ,详细掉效机理有引线键合不良、芯片缺陷 (包括沾污、裂片、工艺布局缺陷等 )、芯片粘结、管壳缺陷、胶应用欠妥等;另一类是应用欠妥导致的器件掉效 ,简单分为静电放电 ( ESD)损伤和过电损伤 ( EOS) , EOS损伤中包括输出端掉配、加电顺序等操作欠妥引入的过电应力等。

图 4  掉效缘故原由批次汇总

56个实例中 ,因为器件本身质量和靠得住性导致的掉效为 45批次 ,约占 80% ,样品数为 105,约占70% ; 因应用欠妥导致的掉效有 11个批次 ,约占20% ,共 41只样品 ,约占 30% (无意偶尔 ,同一批次的样品或同一样品有两种以上的掉效缘故原由 )。是以 ,因为器件本身缺陷导致的掉效比例远高于应用欠妥导致的掉效。

图 4是掉效缘故原由的汇总图。从汇总结果看出 ,器件本身缺陷排在前三位的依次是芯片缺陷、引线键合不良以及芯片粘结不良 ,分手占总批次的22%、 17%和 14% ,合计为 53% ,跨越一半。而应用缘故原由引起的掉效主如果过电应力 ( EOS)掉效 ,如操作欠妥 ,输出掉配、自激振荡等。

别的 ,因为器件的类型不合 ,各类器件的掉效缘故原由所占比例又有所不合。

3. 2. 1  分立器件掉效缘故原由汇总阐发

图 5(a)是分立器件的掉效缘故原由汇总图。从中可以看到 ,对分立器件来说 ,主要掉效缘故原由依次是芯片缺陷、芯片粘结、管壳缺陷以及引线键合 ,分手占分立器件总批次的 33%、 25%、 17%和 13% ,此中管壳缺陷是微波脉冲功率器件应用掉效的主要缘故原由。因为管壳氧化铍陶瓷与钨铜散热底座之间存在大年夜面积粘结空洞(见图 6) ,散热机能不良 ,导致器件在事情时发生热电击穿掉效。

图 5  单管和单片电路的掉效缘故原由汇总: (a)分立器件;( b )单片电路

图 6  微波功率管管壳粘结空洞 (箭头所指区域为空洞 ): ( a ) 声学扫描像 ; ( b ) 光学显微像 ; ( c ) 剖面的 SEM 像

3. 2. 2  单片电路掉效缘故原由汇总阐发

图 5( b)是单片电路 (主如果 GaAs单片或多芯片电路 )掉效缘故原由的汇总环境。从图中可以看出 ,芯片缺陷、静电( ESD)损伤和过电应力是单片电路的三大年夜主要掉效缘故原由 ,各占单片总批次的 30% 。因为 GaAs电路本身的缘故原由 ,器件的抗静电和抗过电能力相对硅器件都很弱 ,多半单片电路的静电放电敏感度 ( ESD)在 300~ 500 V(人体模型 HBM)的范围。是以 ,应用历程中防静电和过电应力的保护步伐异常紧张。尤其是静电损伤具有潜在性和累积性的特征 ,即器件在受到静电损伤后并不顿时掉效 ,而会在今后的加电事情中突发掉效;或者一次稍微的静电放电后不掉效 ,但多次经历后会忽然掉效。这些掉效假如发生在上机事情时 ,无疑会造成很大年夜的丧掉。是以 ,在操作单片电路全历程中 ,如临盆、测试、运输、安装和调试 ,必须采纳全方位的静电防护步伐。图 7是范例的 MM IC的 ESD损伤描写。

图 7  MM IC的 ESD损伤范例图片: (a) 电容损伤; (b) FET沟道损伤 ; (c) 电阻损伤

3. 2. 3  组件和模块掉效缘故原由汇总阐发

组件和模块的委托批较多 ,掉效缘故原由种类也多。图 8是组件和模块的掉效缘故原由汇总结果。从图中可以看到 ,应用方面 ,主如果操作欠妥或外电路匹配引起的过电应力 ( EOS)掉效。从组件本身的质量看 ,主要的掉效缘故原由按批次依次为引线键合、保护胶加固、芯片缺陷、芯片粘结、线圈脱落等 ,它们所占比例分手为30. 8% 、15. 4%、 15. 4%、 11. 5% 和 11. 5% 。这与罗姆航空成长中间网络的混杂电路的数据对照同等(见图 9) ,从图 9中看到 ,混杂电路中 ,有源器件芯片和引线键合引起的掉效盘踞第 1、 2位;但芯片贴装只排在第 7位占 1. 8% ,而文中的数据显示 ,国产组件和模块的芯片粘结问题对照严重 ,比例占10% ,急需临盆厂家进行工艺改进和前进。图 10是几种主要掉效模式的范例图片。

组件和模块中引线键合的掉效比例分外高 ,主要体现为键合丝从微带线上脱落导致器件掉效。在陶瓷或 PCB基板的金导带上键合引线是混杂电路中的一个工艺难点 ,既有金丝键应时温度、应力、光阴等前提的优化问题 ,涉及基板上金导带的制造工艺 ,如电镀前提的优化、外面微布局状态、外面处置惩罚、工艺沾污等问题。

图 8  阐发中间的混杂电路掉效缘故原由分类

图 9  罗姆航空成长中间的混杂电路掉效缘故原由分类

图 10  微波组件的主要掉效模式的范例图片: ( a ) 引线不良键合 ; ( b ) 金带导电胶粘结 ; ( c ) 电感线圈脱落

导电胶对键合点加固引起的掉效在组件中也有 4例 ,主要体现为在经历温度轮回或热冲击后 ,导电胶拉脱加固的键合点 (每每是质量不抱负的键合点 ) ,导致器件回路电阻增大年夜以致开路掉效。很多临盆和应用者觉得导电胶可以起优越的导电感化 ,是以用导电胶来加固键合不良的键合点。而实际上 ,导电胶的导电能力很差 ,它在键合点处并不能起导电感化 ,只是对键合点起固定保护感化。而样品在事情和测试时有温度升高和低落的变更 ,导电胶在温度感化下孕育发生的机器张力 ,还会拉脱原先就不壮实的热压键合点 ,使打仗电阻进一步显明增大年夜 ,导致器件掉效。是以 ,起导电和旌旗灯号传输的感化照样要靠优越的金 -金热压键合。

组件另一个特有的掉效缘故原由是线圈电感脱落。因为没有固定 ,在振动应用的情况中 ,电路中的线圈电感从焊接点处振断开路 ,使器件掉效。

与分立器件和单片电路一样 ,芯片缺陷和芯片粘结也是组件的主要掉效缘故原由。芯片缺陷主如果芯片 (包括有源器件以及电容芯片 )工艺布局缺陷、芯片开裂、缺损、芯片沾污等。芯片粘结则主要体现因为粘结质量不好 ,事情时芯片散热机能差发生热掉效 ,以致发生芯片脱落的征象。

别的 ,也有实例因为热设计欠妥 ,芯片在事情时温度达到 360°C,导致芯片完全毁坏或从基板脱落。对功率组件和模块来说 ,精确的热设计是异常紧张的。

4 结论

对 50例微波器件的掉效阐发结果进行了汇总和阐发 ,获得的结果是:

( 1)因为器件本身质量和靠得住性导致的掉效约占 80% ,另外 20% 是应用欠妥造成;

( 2)总的来看 ,微波器件本身缺陷排在前三位的依次是芯片缺陷、引线键合不良以及芯片粘结不良。而应用历程中的掉效主如果过电应力 ( EOS)掉效 ,如操作欠妥 ,输出掉配、自激振荡等;

( 3)对分立器件来说 ,主要掉效缘故原由依次是芯片缺陷、芯片粘结、管壳缺陷以及引线键合 ,此中管壳缺陷是微波脉冲功率器件应用掉效的主要缘故原由;

( 4)而单片电路 ,因为 ( ESD)损伤和过电应力造成的掉效占 60% ,芯片缺陷 (如裂片 )占 30% ;是以 ,处置惩罚单片电路的全历程必须加强防静电和过电步伐;

( 5)从组件和模块本身的质量看 ,主要的掉效缘故原由依次为引线键合、保护胶加固、芯片缺陷、芯片粘结和线圈脱落等。此中保护胶加固和线圈脱落是组件特有的掉效机理。组件和模块的汇总数据与罗姆航空成长中间网络的混杂电路的数据对照同等 ,但国产组件因芯片粘结导致的掉效比例远高于国外混杂电路 ,值得临盆厂家的高度注重。

从掉效缘故原由汇总和阐发结果看 ,对微波器件的临盆方来说 ,针对器件的主要掉效缘故原由进行工艺改进 ,可以前进产品的质量和靠得住性。对应用方来说 ,上机应用前 ,经由过程采纳针对性的查验和阐发手段进行质量评价、剔除缺陷器件 ,可以降落微波器件在应用中的掉效率 ,前进整机的靠得住性。

您可能还会对下面的文章感兴趣: