此問題正航儀器在調(diào)研之初也有過激烈的內(nèi)部討論，誠然，這在設(shè)計(jì)新型功率型半導(dǎo)體整流器件的封裝結(jié)構(gòu)時(shí)引出的，該型號新品，在冷熱沖擊實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)異常。
一、初步原因分析
為了解決此問題我們將所有失效元件進(jìn)行了逐個(gè)分析。從分析結(jié)果來看，所有破損均為晶片角部破碎，這就意味著在元件內(nèi)部存在則較大內(nèi)部應(yīng)力，而且這種應(yīng)力的力臂是沿著中心至邊緣的輻射線發(fā)散出去的，越靠邊緣力矩越大。
在加入冷熱沖擊這種外部環(huán)境變化后，內(nèi)部應(yīng)力的作用結(jié)果被放大，從而導(dǎo)致晶片破損。但為什么晶片會(huì)出現(xiàn)角部破損呢?這就要從產(chǎn)品內(nèi)外、部結(jié)構(gòu)分析。我們先來看晶片破損趨勢/應(yīng)力分析。
由于晶片位置全部在主體外側(cè)邊緣，所以當(dāng)元件主體外形因溫度變化產(chǎn)生輕微型變所造成的影響會(huì)進(jìn)一步放大，導(dǎo)致晶片角部容易破損。從晶片破損的趨勢也說明了以上推斷。應(yīng)力概念:材料發(fā)生形變時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定義單位面積上的這種反作用力為應(yīng)力(Stress);或物體由于外因(受力、濕度變化等)而變形時(shí)，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并力圖使物體從變形后的位置回復(fù)到變形前的位置。在所考察的截面某一點(diǎn)單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力(Stress)。


二、內(nèi)部應(yīng)力的來源。
我們結(jié)合功率型半導(dǎo)體整流器件封裝工藝/原材料/設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，找到產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力的發(fā)生根源。由于膠餅本身存在著固化前后的收縮模量以及成型和烘烤前后存在的較大溫差，所以成型和烘烤工位是應(yīng)力的主要來源。因此我們從成型/烘烤工藝參數(shù)及產(chǎn)品設(shè)計(jì)等幾個(gè)方向提出三種解決方案。為了檢驗(yàn)這三種方案的有效性，我們設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn)，每組隨機(jī)抽取77顆成品做樣品同時(shí)送入可靠性實(shí)驗(yàn)室對其進(jìn)行冷熱沖擊實(shí)驗(yàn)，并比較其兩階段結(jié)果。
三、解決方案經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
內(nèi)部應(yīng)力會(huì)集中反映在最薄弱的環(huán)節(jié)上。如果不能改變外部環(huán)境或封裝材質(zhì)，那么只有通過改善及加強(qiáng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來達(dá)到平衡應(yīng)力的目的。
四、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
從技術(shù)角度看，首先，此研究用實(shí)驗(yàn)的手段剖析了晶片破損的機(jī)理，對功率半導(dǎo)體器件的可靠性研究給予了較為有益的啟示。其次，提示了設(shè)計(jì)工作者在解決問題時(shí)不僅要從正面思考問題，還要從問題的側(cè)面或反面研究它;以免思路過于單一，阻礙設(shè)計(jì)視線。
從經(jīng)濟(jì)角度看，由于此產(chǎn)品是整流電源核心器件，它的可靠性決定了產(chǎn)品的安全性，而安全性和經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。它的經(jīng)濟(jì)效益是很難用金錢來衡量的，可以用以下3個(gè)觀點(diǎn)加以闡述:提高產(chǎn)品可靠性，可以防止故障和事故的發(fā)生，尤其是避免災(zāi)難性的事故發(fā)生．比如:此功率型半導(dǎo)體整流器件使用在便攜式電腦整流電源上，如果出現(xiàn)晶片破損導(dǎo)致整流電源短路燒毀，輕者設(shè)備損壞;重者釀成火災(zāi)事故。提高產(chǎn)品的可靠性，能使產(chǎn)品總的費(fèi)用降低。一般來講，為提高產(chǎn)品可靠性初期的研發(fā)費(fèi)用會(huì)有所提高，甚至?xí)岣呤蹆r(jià);但由于其使用過程中的表現(xiàn)穩(wěn)定，維修檢查費(fèi)用很低，總使用費(fèi)用的降低。對于經(jīng)營性公司來講，提高產(chǎn)品的可靠性，可以改善公司信譽(yù)，增強(qiáng)競爭力，擴(kuò)大市場份額，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。
本文以實(shí)際問題的解決過程為主線闡述了一種產(chǎn)品研發(fā)思路以及產(chǎn)品可靠性的重要。為相關(guān)工作人員提供了一種解決問題或觀察問題的新角度，我們正航儀器的宗旨是為您排憂解難，竭誠服務(wù)！http://gimelec.cn