某型装备任务计算机场效应管失效分析

■ 徐志强 李荣 张楠/ 国营长虹机械厂 空装项目管理中心 9478 部队

1 概述

某型装备在执行试验任务时出现故障，通过对数据记录仪数据进行判读，排查分析确定为任务计算机中场效应管失效。为了摸清场效应管的失效机理，避免后续装备出现类似情况，有必要对故障件进行失效分析。

根据分析需要，选择Intersil 公司生产的两只P 型增强型MOSFFT 作为样品，型号规格为IRFF9230，金属气密封装。其中，1 只为本次失效样品，编号记为F1#；另一只为同批次的良品，编号记为G1#。图1 为失效样品所在整机的局部电路图，图中蓝色圆框处为失效样品的位置，该样品在电路中的作用是导通并给后端部件供电。

图1 失效样品所在整机的局部电路图

2 分析过程

2.1 外观检查

利用显微镜对样品进行检查，以判定样品是否在安装、试验、使用等过程中出现损坏。经观察可见，F1#样品表面的三防胶完好，样品表面的型号等字符信息清晰可见，金属外壳、引脚等外观结构未见明显异常形貌（见图2）。

图2 F1#样品的外观形貌检查情况

2.2 电特性分析

为了确定失效样品的失效特性，鉴别失效模式，利用图示仪对样品的引脚之间进行电测。结果表明，与G1#良品相比，F1#样品D-S 极之间为短路失效，G 极未见异常。

2.3 X 射线检查

为了检查样品封装内的缺陷、损伤，对样品进行X 射线检查。结果表明，与G1#良品相比，F1#样品内部除了芯片边缘存在一个球形阴影，未见其他异常形貌，如图3、图4 所示。

图3 F1#样品的X射线检查结果

图4 G1#样品的X射线检查结果

2.4 粒子碰撞噪声检查

为了检查样品内部是否存在可动多余物，根据GJB548B—2005 方法2020.1，对F1#、G1#样品进行粒子碰撞噪声检测。检测结果显示，除背景噪声外，F1#、G1#样品内部均无明显碰撞噪声爆发。

2.5 密封性检查

根据GJB548B—2005 方法1014.2，对F1#、G1#样品进行密封性测试，测试结果如表1 所示，F1#、G1#样品的密封性合格。

表1 密封测试结果

2.6 内部气氛分析

根据GJB548B—2005 微电子器件试验方法和程序——方法1018.1 内部水汽含量，对F1#、G1#样品内部气氛进行分析，结果如表2 所示，两只样品内部气氛未见明显异常。

表2 内部气氛分析结果

2.7 开封、内部检查

为了检查样品内部芯片的表面结构是否符合要求，是否存在与失效模式有关的内部结构异常或缺陷，并确定失效位置，对F1#样品机械开盖，展现内部结构的具体形貌。

开封后，通过内部观察可见：F1#样品内部的S 极、G 极键合丝均未见断裂或接触不良等异常形貌，但S 极键合丝在内键合点及焊盘位置有热熔的形貌，如图5 所示。键合丝为200μm 铝丝，使用拉力剪切仪对S 极、G 极键合丝进行非破坏性键合强度测试，S 极、G 极键合丝均能承受所规定合格判据的键合拉力强度52.0gf，即键合强度均合格。

图5 F1#样品开封后的外观形貌

再观察芯片的表面形貌，可见芯片在中间区域到S 极焊盘及内键合点处均有过热形成的热熔形貌，金属化熔融变形且有热斑。同时，S 极键合丝外键合点处有轻微热熔变形，如图6 所示。

图6 F1#样品开封后的芯片形貌

3 综合分析

经分析，确认场效应管的D-S 极之间短路失效。开封后，可见内部芯片在中间的元胞结构区域到S 极键合焊盘之间均有过热形成的热熔形貌。同时，S 极键合丝的内外键合点也有热熔、变形形貌，说明D-S 极之间在开展任务过程中经过了很大的电流，且D-S 极之间已处于导通状况，导致芯片处于大电流引起的大功率工作状态，从而发生过热烧毁。

4 结论

通过外观检查、电特性分析、内部气氛分析等工作，得出的结果表明，场效应管失效技术状态为场效应管源极S和漏极D 之间短路，而且短路部位远离栅极G，原因为过流过热烧毁引起器件失效。