淺談MOSFET產品失效分析及改善措施

王立國，周 瑩

(天水華天科技股份有限公司，甘肅天水741000)

MOSFET 產品采用最新低內阻、大電流的UMOS4 工藝，極大地降低開關損耗，憑借卓越可靠的性能優勢，MOSFET 產品已被廣泛應用于汽車電子設備、個人電腦、手機、電機驅動、LED、電源等領域。為此，本文主要介紹了MOSFET 工作原理，以及其在封裝工藝中需要注意的事項，并對MOSFET 產品在封裝過程出現的異常現象進行了分析，提出了改善措施。

1 MOSFET 電路封裝工藝及注意事項

傳統集成電路封裝的主要工藝有減薄、劃片、上芯、壓焊、塑封、電鍍、打印、切筋成型、測試、包裝發貨，其封裝流程如圖1 所示。

與傳統集成電路相比，由于MOSFET 產品的特殊性，其芯片首先背面必須是鍍金或鍍銀產品。鍍金或鍍銀的晶圓來料時已經完成，不需要二次減薄，在封裝工藝上需要注意二個方面的管控。一是在上芯時要求采用的粘片膠含銀量要比其它粘片膠高，同時導熱系數要大于其它導電膠；二是在壓焊時，為了保證S 極的外接電阻要小，要求源極S 多焊線，焊線要盡可能短且焊線要粗。圖2 是MOSFET 產品的電路符號與正式產品的對應圖。

圖1 傳統集成電路流程圖

圖2 MOSFET 電路示意圖與正式產品的對應圖

2 MOSFET 電路常見的失效模式及失效分析流程

Mo sfet 常見的失效模式[1]有：RDSON(source-to-drain on-resistance)，IDSS(source-to-drain on-creepage)，IGSS (source-to-gate on-creepage)，ISGS (source-to-gate electricity)，BVDSS(source-todrain breakdown voltage)，VTH (threshold vltage)。RDSON 是指源極和漏極之間的導通電阻，當RDSON 偏大時，表示源極和漏極之間的導通電阻超出規格限制，對應實物圖就是芯片下面的導通電阻偏大，也就意味著芯片的下表面和粘片膠之間出現分層，這樣RDSON 的失效分析方案如圖3所示。

圖3 RDSON 失效分析方案

具體實施是先通過FT 測試判定是否為RDSON 失效，然后結合SAT 掃描和X 光判定失效發生的具體位置，最后通過Cross-Section 做最終判定RDSON 失效的具體原因，圖4 是分析案例結果。

由于產品在上機過程中塑封體受熱，粘片膠中的水份或氣泡膨脹產生分層，導致RDSON 偏大，圖5 是溫度對RDSON 的影響及T-SCAN 對應圖，通過驗證進一步說明了加熱會使RDSON偏大，超出規格限制。

IDSS 和IGSS 是漏電，ISGS 是開短路，BVDSS是擊穿電壓,VTH 閾值電壓，這些失效和IC 芯片的封裝有很大的關聯。在封裝過程芯片表面分層會引起IDSS/IGSS 漏電失效，芯片損傷會造成IS-GS/VTH 失效，彈坑則會造成BVDSS 及ISGS 失效。這些異常和封裝缺陷相互交織，通常采用圖6所示的分析方案，分析方案的思路是先做無損分析，而后做破損性分析，以檢驗失效的具體原因。

圖4 失效分析案例

圖5 溫度對RDSON 的影響及T-SCAN 對應圖

圖6 IDSS/IGSS/ISGS/BVDSS/VTH 分析方案圖

3 失效改善措施

MOSFET 產品RDSON 失效，主要原因有：（1）芯片背金、背銀質量做的不好，需要從晶圓制作工藝上改善；（2）封裝方面分層的改善，除了采用防分層特殊管控外，還需要從封裝材料上改善。比如采用與芯片匹配的框架，來防止產生分層，圖7 就是一款改進后的框架，有效地防止了分層產生，從而保證RDSON 在規格范圍之內。同時采用含有Spacer 的導電膠以確保粘片膠的厚度。如圖7 所示在框架上增加鎖定孔和減少鍍銀面積，防止分層的產生。

圖7 框架改善前后對比圖

IDSS，IGSS，ISGS，BVDSS 和VTH 參數的失效是比較常見的，可以通過正常封裝工藝，加強管控來完成。為了防止MOSFET 產品的芯片損傷，在提高晶圓質量的同時需要采用材質比較柔和的軟吸嘴，防止在粘片過程造成損傷。而彈坑則需要在首件加工時，設置最佳工藝參數范圍和彈坑檢驗來確保不會出現質量問題。

4 結束語

通過上述驗證的結果，說明MOSFET 產品的封裝不僅要加強工藝管控，更應該在產品的設計之初，就考慮到可能發生的質量問題，從源頭上杜絕可能出現的異常問題，只有設計上過關了，才能生產出高質量的產品，也就是從FMEA 入手，往最壞處著想，往最好處努力。隨著封裝技術的高速發展，MOSFET 產品的使用會越來越廣，對MOSFET 產品的封裝質量要求也會越來越高，只有不斷地完善封裝工藝，并且結合實際生產和使用過程中遇到的問題，從產品的設計、材料的選用和工藝的管控上不斷地改善，才能保證質量，做出高品質的產品，滿足市場的需要，提高市場占有率。

[1] 謝嘉奎. 電子線路（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社，1979.101-137.