SOD—323封裝外型穩(wěn)壓二極管“開路”現(xiàn)象分析

杜安波

摘 要：該文針對SOD-323封裝外型MM3Z2V4穩(wěn)壓二極管在某用戶處偶然會發(fā)生“開路”不工作現(xiàn)象進(jìn)行分析，通過對該現(xiàn)象發(fā)生的原因進(jìn)行分析、試驗(yàn)驗(yàn)證、故障復(fù)現(xiàn)，通過論證的結(jié)論，針對車間所有的產(chǎn)品系列制定了防止類似質(zhì)量問題發(fā)生的有效管控措施。

關(guān)鍵詞：正向壓降 功率老煉 超聲鍵合 高溫反偏

中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）8（a）-0068-02

1 失效機(jī)理分析

1.1 外觀檢查

將樣品通過體視顯微鏡觀察，樣品塑封體及引腳完好，未見其它異常現(xiàn)象。

1.2 X光透視

將樣品采用X光透視檢查，芯片焊接位置符合要求，鍵合良好，粘接區(qū)無空洞現(xiàn)象。

1.3 樣品電參數(shù)測試

用萬用表在用戶電路板上對MM3Z2V4型穩(wěn)壓二極管先進(jìn)行功能測試，該二極管表現(xiàn)為“開路”狀態(tài)，把電路板上其它部分元器件拆除后，該二極管單向?qū)щ娦怨δ艹霈F(xiàn)，把該MM3Z2V4型穩(wěn)壓二極管去除引腳包錫后在881-TT/A測試系統(tǒng)上進(jìn)行常溫參數(shù)性能測試，各項(xiàng)常溫參數(shù)均符合規(guī)范要求。

1.4 穩(wěn)壓二極管正向壓降（VF）分析

若樣品內(nèi)部存在“歐姆接觸不良”現(xiàn)象，從理論上分析，“歐姆接觸不良”會產(chǎn)生接觸電阻，其正向壓降較其它正常合格產(chǎn)品會較大，對用戶帶來的樣品進(jìn)行VF測試（測試條件：IF=500 mA）。測試結(jié)果為1.467 V。同時抽取同批次合格產(chǎn)品20只在相同條件下測試VF，測試結(jié)果為0.99 V左右。

1.5 SOD-323封裝外型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

SOD-323封裝外型為國際通用的很成熟的一種封裝外型，其主要結(jié)構(gòu)原材料為鐵鎳合金引線框架（底座、焊接區(qū)局部鍍銀）、芯片、金絲內(nèi)引線、環(huán)氧塑封料。

芯片與鐵鎳合金引線框架（底座）之間采用共晶工藝進(jìn)行粘接，共晶粘片是利用金硅共熔點(diǎn)，從而使管芯與底座形成良好歐姆接觸，并具有良好的機(jī)械強(qiáng)度。

芯片電極與產(chǎn)品外引線之間采用金絲作為內(nèi)引線進(jìn)行鍵合，鍵合工藝為熱超聲鍵合工藝，在焊接階段，形成牢固的機(jī)械連接，即實(shí)現(xiàn)焊接。

最后采用環(huán)氧模塑料（塑封料）進(jìn)行實(shí)體封裝。環(huán)氧模塑料塑封成型技術(shù)是用傳遞成型法將環(huán)氧樹脂塑封料擠壓入模腔并將其中的半導(dǎo)體芯片包埋，同時交聯(lián)固化成型。

通過以上SOD-323封裝外型內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析，造成內(nèi)部存在“歐姆接觸不良”現(xiàn)象只有三個位置：（1）在芯片與引線框架底座之間。（2）芯片電極與金絲內(nèi)引線“球焊”點(diǎn)之間。（3）金絲內(nèi)引線與引線框架“楔焊”點(diǎn)之間。

芯片與引線框架底座之間：采用共晶工藝進(jìn)行粘接，接觸面積為0.38 mm×0.38 mm芯片電極與金絲內(nèi)引線“球焊”點(diǎn)之間：焊球的大小在2.5～4.0倍金絲線徑內(nèi)。金絲內(nèi)引線與引線框架“楔焊”點(diǎn)之間：楔寬在1.5～4.0倍金絲線徑內(nèi)，楔長在1.0～3.0倍金絲線徑內(nèi)。

分析這三個位置，只有金絲內(nèi)引線與引線框架“楔焊”點(diǎn)之間接觸面積最小，在同等應(yīng)力條件下，最有可能發(fā)生“歐姆接觸不良”現(xiàn)象。

1.6 解剖分析

為了能較為準(zhǔn)確的判斷 “開路”是樣品內(nèi)部哪一部分引起，先采用激光去除部分塑封料對其進(jìn)行觀察和檢測，未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。為進(jìn)一步確認(rèn)引起產(chǎn)品開路原因，采用化學(xué)方法進(jìn)一步去除塑封料，萬用表對產(chǎn)品特性進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品已呈現(xiàn)“開路”狀態(tài)。用體式顯微鏡下對產(chǎn)品進(jìn)行觀察，觀察發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)引線與引線框架鍵合點(diǎn)（楔焊點(diǎn)）有脫離，對鍵合點(diǎn)進(jìn)行仔細(xì)觀察，內(nèi)引線與鍵合點(diǎn)有偏離，其它未見異常。

1.7 造成“楔焊”點(diǎn)“開路”的原因分析

理論分析，造成“楔焊”點(diǎn)“開路”的原因?yàn)椋海?）該“楔焊”點(diǎn)在焊接時本身焊接質(zhì)量不好（拉力偏低或金絲與引線框架銀層沒有形成很好的合金），在老煉篩選后處于淘汰邊緣，繼續(xù)在用戶處篩選時故障暴露。（2）老煉太嚴(yán)酷，提前讓該“楔焊”點(diǎn)質(zhì)量退化。（3）以上兩方面的綜合因素。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 異常超聲鍵合工藝試驗(yàn)

人為造成“楔焊”點(diǎn)焊接質(zhì)量不好，試驗(yàn)方法為：在正常焊線工藝的基礎(chǔ)上故意降低“楔焊”點(diǎn)焊接參數(shù)，人為造成“楔焊”點(diǎn)脫焊和虛焊現(xiàn)象較多。經(jīng)測試出合格品98只（1條有192只產(chǎn)品），成品率為51.04%。測試時測試程序加測500mA下正向壓降（VF），參數(shù)合格產(chǎn)品在該測試點(diǎn)下的正向壓降（VF）均≤1V。抽取參數(shù)合格品70只，按規(guī)范進(jìn)行功率老煉（IZ=1.5IZM=1.5×76 mA=114 mA），老煉48h后，有9只淘汰（4只產(chǎn)品短路，5只產(chǎn)品500mA大電流下正向壓降偏大，≥1.1 V）。

2.2 功率老煉分析

按QZJ840611技術(shù)條件規(guī)定：“在室溫下，額定功率在3 W以下者，以1.5倍功率反向老化12 h。SOD-323封裝外型穩(wěn)壓二極管額定功率為200 mW，所以按1.5倍功率進(jìn)行老煉。”將2.1中第一次老煉合格的產(chǎn)品再抽取15只再進(jìn)行老煉，在老煉過程中關(guān)閉老煉設(shè)備上的散熱風(fēng)扇，提高老煉嚴(yán)酷度，試驗(yàn)時用點(diǎn)溫計(jì)測量夾具上的散熱片溫度達(dá)到69℃，24 h后測試產(chǎn)品，出現(xiàn)1只產(chǎn)品短路，3只正向大于1.1 V。

功率老煉分析小結(jié)：以上試驗(yàn)結(jié)論，若產(chǎn)品在老煉過程中老煉設(shè)備上散熱風(fēng)扇壞或散熱效果不好，會造成產(chǎn)品老煉過程中結(jié)溫過高，發(fā)生老化現(xiàn)象，讓產(chǎn)品提前老化。

2.3 高溫反偏試驗(yàn)

為了再現(xiàn)“開路”故障現(xiàn)象，把2.1中異常焊線第一次老煉后，VF≥1.1 V的5只產(chǎn)品，按用戶老煉條件（IZ=330μA，溫度：125℃）老煉了96 h后，其中有1只產(chǎn)品IZ電流跌為了89.90μA，取下用萬用表測量其功能，該只穩(wěn)壓二極管已失去了單向?qū)щ娦怨δ埽脺y試系統(tǒng)測試，該只產(chǎn)品又恢復(fù)了功能，故障現(xiàn)象與用戶處發(fā)生的現(xiàn)象一致。

3 結(jié)論

（1）內(nèi)引線焊接質(zhì)量不好的產(chǎn)品，經(jīng)過老煉后產(chǎn)品的淘汰率較高，部分產(chǎn)品的性能會下降，隨著老煉時間加長，產(chǎn)品會繼續(xù)淘汰，性能下降的產(chǎn)品還會繼續(xù)出現(xiàn)。

（2）老煉過程中若發(fā)生散熱不好情況，會加劇產(chǎn)品老煉強(qiáng)度，發(fā)生過老化現(xiàn)象，讓產(chǎn)品提前老化。

（3）產(chǎn)品老煉后性能發(fā)生變化，從500 mA下的正向壓降VF可以對其進(jìn)行判別。

4 整改措施

（1）今后所有二極管產(chǎn)品，在參數(shù)測試時增加測試VF（測試條件：IF=500 mA），要求VF≤1.05 V（具體的規(guī)范可以根據(jù)批次產(chǎn)品的均值進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整），剔除存在內(nèi)引線焊接后“歐姆接觸”不良產(chǎn)品。對三極管產(chǎn)品，在最大集電極電流下測試正向電壓VFBC和VFBE，并根據(jù)產(chǎn)品批次性能規(guī)定合理的控制標(biāo)準(zhǔn)。

（2）老煉工序在做產(chǎn)品老煉時，必須隨時觀察老煉設(shè)備的散熱風(fēng)扇狀態(tài)，設(shè)備維護(hù)人員要定期對老煉設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，確保設(shè)備處于正常狀態(tài)，防止產(chǎn)品過老化現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

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