某型裝備任務(wù)計(jì)算機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管失效分析

■ 徐志強(qiáng) 李榮 張楠/ 國(guó)營(yíng)長(zhǎng)虹機(jī)械廠 空裝項(xiàng)目管理中心 9478 部隊(duì)

1 概述

某型裝備在執(zhí)行試驗(yàn)任務(wù)時(shí)出現(xiàn)故障，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)記錄儀數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀，排查分析確定為任務(wù)計(jì)算機(jī)中場(chǎng)效應(yīng)管失效。為了摸清場(chǎng)效應(yīng)管的失效機(jī)理，避免后續(xù)裝備出現(xiàn)類似情況，有必要對(duì)故障件進(jìn)行失效分析。

根據(jù)分析需要，選擇Intersil 公司生產(chǎn)的兩只P 型增強(qiáng)型MOSFFT 作為樣品，型號(hào)規(guī)格為IRFF9230，金屬氣密封裝。其中，1 只為本次失效樣品，編號(hào)記為F1#；另一只為同批次的良品，編號(hào)記為G1#。圖1 為失效樣品所在整機(jī)的局部電路圖，圖中藍(lán)色圓框處為失效樣品的位置，該樣品在電路中的作用是導(dǎo)通并給后端部件供電。

圖1 失效樣品所在整機(jī)的局部電路圖

2 分析過(guò)程

2.1 外觀檢查

利用顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行檢查，以判定樣品是否在安裝、試驗(yàn)、使用等過(guò)程中出現(xiàn)損壞。經(jīng)觀察可見(jiàn)，F(xiàn)1#樣品表面的三防膠完好，樣品表面的型號(hào)等字符信息清晰可見(jiàn)，金屬外殼、引腳等外觀結(jié)構(gòu)未見(jiàn)明顯異常形貌（見(jiàn)圖2）。

圖2 F1#樣品的外觀形貌檢查情況

2.2 電特性分析

為了確定失效樣品的失效特性，鑒別失效模式，利用圖示儀對(duì)樣品的引腳之間進(jìn)行電測(cè)。結(jié)果表明，與G1#良品相比，F(xiàn)1#樣品D-S 極之間為短路失效，G 極未見(jiàn)異常。

2.3 X 射線檢查

為了檢查樣品封裝內(nèi)的缺陷、損傷，對(duì)樣品進(jìn)行X 射線檢查。結(jié)果表明，與G1#良品相比，F(xiàn)1#樣品內(nèi)部除了芯片邊緣存在一個(gè)球形陰影，未見(jiàn)其他異常形貌，如圖3、圖4 所示。

圖3 F1#樣品的X射線檢查結(jié)果

圖4 G1#樣品的X射線檢查結(jié)果

2.4 粒子碰撞噪聲檢查

為了檢查樣品內(nèi)部是否存在可動(dòng)多余物，根據(jù)GJB548B—2005 方法2020.1，對(duì)F1#、G1#樣品進(jìn)行粒子碰撞噪聲檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果顯示，除背景噪聲外，F(xiàn)1#、G1#樣品內(nèi)部均無(wú)明顯碰撞噪聲爆發(fā)。

2.5 密封性檢查

根據(jù)GJB548B—2005 方法1014.2，對(duì)F1#、G1#樣品進(jìn)行密封性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1 所示，F(xiàn)1#、G1#樣品的密封性合格。

表1 密封測(cè)試結(jié)果

2.6 內(nèi)部氣氛分析

根據(jù)GJB548B—2005 微電子器件試驗(yàn)方法和程序——方法1018.1 內(nèi)部水汽含量，對(duì)F1#、G1#樣品內(nèi)部氣氛進(jìn)行分析，結(jié)果如表2 所示，兩只樣品內(nèi)部氣氛未見(jiàn)明顯異常。

表2 內(nèi)部氣氛分析結(jié)果

2.7 開(kāi)封、內(nèi)部檢查

為了檢查樣品內(nèi)部芯片的表面結(jié)構(gòu)是否符合要求，是否存在與失效模式有關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常或缺陷，并確定失效位置，對(duì)F1#樣品機(jī)械開(kāi)蓋，展現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的具體形貌。

開(kāi)封后，通過(guò)內(nèi)部觀察可見(jiàn)：F1#樣品內(nèi)部的S 極、G 極鍵合絲均未見(jiàn)斷裂或接觸不良等異常形貌，但S 極鍵合絲在內(nèi)鍵合點(diǎn)及焊盤位置有熱熔的形貌，如圖5 所示。鍵合絲為200μm 鋁絲，使用拉力剪切儀對(duì)S 極、G 極鍵合絲進(jìn)行非破壞性鍵合強(qiáng)度測(cè)試，S 極、G 極鍵合絲均能承受所規(guī)定合格判據(jù)的鍵合拉力強(qiáng)度52.0gf，即鍵合強(qiáng)度均合格。

圖5 F1#樣品開(kāi)封后的外觀形貌

再觀察芯片的表面形貌，可見(jiàn)芯片在中間區(qū)域到S 極焊盤及內(nèi)鍵合點(diǎn)處均有過(guò)熱形成的熱熔形貌，金屬化熔融變形且有熱斑。同時(shí)，S 極鍵合絲外鍵合點(diǎn)處有輕微熱熔變形，如圖6 所示。

圖6 F1#樣品開(kāi)封后的芯片形貌

3 綜合分析

經(jīng)分析，確認(rèn)場(chǎng)效應(yīng)管的D-S 極之間短路失效。開(kāi)封后，可見(jiàn)內(nèi)部芯片在中間的元胞結(jié)構(gòu)區(qū)域到S 極鍵合焊盤之間均有過(guò)熱形成的熱熔形貌。同時(shí)，S 極鍵合絲的內(nèi)外鍵合點(diǎn)也有熱熔、變形形貌，說(shuō)明D-S 極之間在開(kāi)展任務(wù)過(guò)程中經(jīng)過(guò)了很大的電流，且D-S 極之間已處于導(dǎo)通狀況，導(dǎo)致芯片處于大電流引起的大功率工作狀態(tài)，從而發(fā)生過(guò)熱燒毀。

4 結(jié)論

通過(guò)外觀檢查、電特性分析、內(nèi)部氣氛分析等工作，得出的結(jié)果表明，場(chǎng)效應(yīng)管失效技術(shù)狀態(tài)為場(chǎng)效應(yīng)管源極S和漏極D 之間短路，而且短路部位遠(yuǎn)離柵極G，原因?yàn)檫^(guò)流過(guò)熱燒毀引起器件失效。