朱平安 項(xiàng)永金 張秀鳳格力電器（合肥）有限公司，（安徽 合肥 230088）

　　摘?要：結(jié)合應(yīng)用中引線式軸向塑封二極管出現(xiàn)漏電及擊穿失效問(wèn)題，對(duì)引線式軸向塑封二極管失效原因及封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入剖析，經(jīng)過(guò)對(duì)大量失效引線式軸向塑封二極管深入分析確定失效主要原因?yàn)橐€式軸向塑封二極管為單釘頭引線、大晶圓結(jié)構(gòu)，本身抗機(jī)械應(yīng)力能力差，引線、二極管本體在加工的過(guò)程中受機(jī)械應(yīng)力的作用，二極管晶圓直接受到外力沖擊產(chǎn)生裂紋，呈現(xiàn)正向壓降不良及反向耐壓衰降，在后續(xù)的通電過(guò)程中失效進(jìn)一步加深，最終擊穿失效。經(jīng)過(guò)從各方面進(jìn)行論證對(duì)比分析，雙釘頭引線、小晶圓結(jié)構(gòu)有很大的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)新型雙釘頭引線、小晶圓結(jié)構(gòu)提高軸向塑封二極管抗機(jī)械應(yīng)力能力，有效解決引線式軸向塑封二極管售后及過(guò)程機(jī)械應(yīng)力失效問(wèn)題。

　　關(guān)鍵詞：二極管；機(jī)械應(yīng)力；釘頭；晶圓；可靠性

　　0 引言

　　二極管又稱晶體二極管,簡(jiǎn)稱二極管(diode)，它是一種能夠單向傳導(dǎo)電流的電子器件。在半導(dǎo)體二極管內(nèi)部有一個(gè)晶圓、兩個(gè)引線端子、封裝材料，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的傳導(dǎo)性。二極管常用封裝材料分析常見(jiàn)有玻璃封裝,金屬封裝和塑料封裝幾種（如圖1所示)。

　　二極管在電器產(chǎn)品控制系統(tǒng)中有廣泛應(yīng)用，主要應(yīng)用在空調(diào)控制器主板上，二極管失效直接導(dǎo)致主板部分不能正常工作，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)二極管大量失效品深入分析研究及快速解決二極管過(guò)電失效尤為重要，研究二極管失效原因及失效機(jī)理，采取有效改善預(yù)防措施，具有非常重要意義。

　　1 事件背景

　　某空調(diào)企業(yè)控制器主板生產(chǎn)過(guò)程短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大比例的某型號(hào)引線式軸向塑封二極管電性能失效，統(tǒng)計(jì)1年因?yàn)樵撔吞?hào)引線式軸向塑封二極管失效導(dǎo)致空調(diào)不能正常工作數(shù)量達(dá)到100多單，歷史數(shù)據(jù)實(shí)際應(yīng)用失效該型號(hào)引線式軸向塑封二極管多達(dá)300單，同時(shí)售后也有30多單故障反饋。該問(wèn)題嚴(yán)重影響空調(diào)整體產(chǎn)品質(zhì)量及用戶實(shí)際體驗(yàn)效果。問(wèn)題急需進(jìn)行攻克解決。

　　2 引線式軸向塑封二極管失效機(jī)理

　　引線式軸向塑封二極管在生產(chǎn)成型的加工的過(guò)程中會(huì)受到各種不同方向的機(jī)械應(yīng)力（如表1所示)，通常受力情況如：加工過(guò)程引線未夾緊，在彎腳時(shí)產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)的拉力，而出現(xiàn)損壞芯片甚至出現(xiàn)引腳被拉出露銅或引線松動(dòng)現(xiàn)象；因兩端引線彎曲，而產(chǎn)生的引線向內(nèi)做水平擠壓運(yùn)動(dòng)，通常可以由焊片做緩沖吸收；引線在打彎腳初，因彎腳模塊做90°轉(zhuǎn)向而出現(xiàn)的摩擦運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生向外的拉力；彎腳成型同時(shí)，若此時(shí)夾具間有異物，夾引線的裝置就夾不緊引線，導(dǎo)致產(chǎn)品有活動(dòng)間隙，此時(shí)芯片處可能同時(shí)出現(xiàn)扭力、剪力、推力交互作用的狀況，產(chǎn)品在此時(shí)易受損傷失效。

　　3 引線式軸向塑封二極管失效品分析

　　3.1 無(wú)損分析

　　查看失效品外管無(wú)明顯異常點(diǎn)，使用二極管測(cè)試設(shè)備（測(cè)試設(shè)備型號(hào)：TVR6000）按照?qǐng)D紙測(cè)試條件測(cè)試故障件電性能參數(shù)，失效品的引線式軸向塑封二極管故障件的VF和 VB項(xiàng)參數(shù)均出現(xiàn)失效。部分引線式軸向塑封二極管失效品測(cè)試參數(shù)如表2所示。

　　DE-CAP 分析

　　引線式軸向塑封二極管失效品引線、沾錫，印字清晰，外觀正常，經(jīng)電性測(cè)試呈現(xiàn)出SHORT，化學(xué)解析去除表面黑膠后結(jié)構(gòu)焊接未見(jiàn)異常，去除銅腳架和焊錫后1 pcs 晶圓有裂縫、2 pcs 晶圓破裂（如表3所示）。部分二極管失效品DE-CAP分析圖片如表3所示。

　　從元件的失效模式看，造成二極管失效的原因?yàn)槲锪显诩庸さ倪^(guò)程中受機(jī)械應(yīng)力的作用，機(jī)械應(yīng)力通過(guò)引腳、二極管本體直接作用到晶圓上，使晶圓受損橫向裂開，呈現(xiàn)正向壓降超標(biāo)，反向耐壓衰降，在后續(xù)的通電過(guò)程中發(fā)生不良。

　　4 引線式軸向塑封二極管失效整改措施

　　對(duì)比與失效引線式軸向塑封二極管同型號(hào)不同廠家引線式軸向塑二極管的抗機(jī)械應(yīng)力能力參數(shù)，發(fā)現(xiàn)晶圓面積越大，受力面越大，抗機(jī)械應(yīng)力能力較弱；雙釘頭結(jié)構(gòu)引線的結(jié)構(gòu)較單釘頭結(jié)構(gòu)引線抗機(jī)械應(yīng)力能力強(qiáng)。同型號(hào)不同結(jié)構(gòu)二極管抗機(jī)械應(yīng)力能力對(duì)比如表4所示。

　　通過(guò)對(duì)導(dǎo)致二極管出現(xiàn)異常的末端因素，并結(jié)合測(cè)試對(duì)比結(jié)果，落實(shí)對(duì)導(dǎo)致晶圓裂的相關(guān)項(xiàng)目落實(shí)改善控制，即需對(duì)涉及晶圓尺寸大小引線結(jié)構(gòu)等各方面進(jìn)行優(yōu)化改善。具體改善項(xiàng)目如下：

　?、賹⒁€式軸向塑封二極管內(nèi)部晶圓尺寸由70 mil更改為60 mil，減少晶圓受力面積；

　?、趯⒁€式軸向塑封二極管內(nèi)部引線結(jié)構(gòu)由單釘頭更改為雙釘頭結(jié)構(gòu)，避免成型過(guò)程中引腳、二極管受到的機(jī)械應(yīng)力直接沖擊晶圓，增強(qiáng)二極管本身的抗機(jī)械應(yīng)力能力。

　　5 整改效果評(píng)估及應(yīng)用效果驗(yàn)證

　　通過(guò)對(duì)引線式軸向塑封二極管內(nèi)部晶元尺寸由70mil更改為60 mil、引線結(jié)構(gòu)由單釘頭更改為雙釘頭結(jié)構(gòu)，對(duì)新制品各個(gè)實(shí)驗(yàn)條件后進(jìn)行電性能參數(shù)測(cè)試均符合圖紙要求，測(cè)試數(shù)據(jù)如表5所示。

　　6 引線式軸向塑封二極管失效整改總結(jié)及意義

　　經(jīng)過(guò)對(duì)過(guò)程及售后大量失效品分析，確定引線式軸向塑封二極管出現(xiàn)漏電及擊穿失效問(wèn)題，對(duì)引線式軸向塑封二極管失效原因及器件封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入剖析，發(fā)現(xiàn)器件引線結(jié)構(gòu)、工藝晶元大小存在嚴(yán)重質(zhì)量缺陷，經(jīng)過(guò)對(duì)大量失效引線式軸向塑封二極管深入分析確定失效主要原因?yàn)橐€式軸向塑封二極管為單釘頭引線、大晶圓結(jié)構(gòu)，本身抗機(jī)械應(yīng)力能力差，引線、二極管本體在加工的過(guò)程中受機(jī)械應(yīng)力的作用，使晶圓受損橫向裂開，呈現(xiàn)正向壓降不良及反向耐壓衰降，在后續(xù)的通電過(guò)程中發(fā)生不良，導(dǎo)致空調(diào)出現(xiàn)故障。

　　本文對(duì)二極管失效原因、失效機(jī)理、元器件結(jié)構(gòu)等進(jìn)行詳細(xì)分析確定元器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，針對(duì)問(wèn)題逐一找到可靠有效的解決方案， 經(jīng)過(guò)從各方面進(jìn)行對(duì)比分析，調(diào)整元器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改變引線式軸向塑封二極管釘結(jié)構(gòu)、晶圓大小，提高引線式軸向塑封二極管本身抗機(jī)械應(yīng)力能力，整改思路從元器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，從而有效改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品應(yīng)用可靠性。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 項(xiàng)永金. 快恢復(fù)二極管銅遷移失效機(jī)理及應(yīng)用可靠性研究 [J]. 電子產(chǎn)品世界，2017 (5)：

　　[2] 蒲曉明. 電子元器件的失效模型與可靠性試驗(yàn)方法解析 [J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016 (23)；

　　[3] 夏遠(yuǎn)飛，劉勇. 半導(dǎo)體分立器件的失效分析及預(yù)防措施 [J]. 中國(guó)測(cè)試，,2012(6)：

　　[4] [崔海燕. 二極管在整流電路中的應(yīng)用 [J]. 中小企業(yè)管理與科技(下旬刊). 2011 (12).

　　作者簡(jiǎn)介：

　　朱平安（1984—),男，助理工程師，研究方向：二極管可靠性研究

　　本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第11期第72頁(yè)，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。