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您當前的位置:首頁 >> 詳細信息  led燈珠材料鍵合失效原理

led燈珠材料鍵合失效原理
   led燈珠材料鍵合因價格低、機械強度高、電阻率低,占據了大部分塑封集成電路市場。通過材料、工藝的改進,目前led燈珠材料鍵合的可靠性得到了很大提高,并且很多可靠性試驗結果都給出了led燈珠材料鍵合具有非常好的使用壽命。但是許多可靠性測試是在實驗室環境下,為了避免突發失效的產生,產品的濕度、溫度、電流、化學污染等因素都是在很好的控制下。在現實使用中則不然,有許多不可控的因素,如污染、水汽侵入、溫度循環、整機加電條件等綜合應力作用下,會加速退化并引起嚴重的突發性失效。
      分析中心通過對近五年來現場應用樣品進行失效分析,給出了led燈珠材料鍵合在實際應用中常見的失效模式和失效機理。目的是為了找出主要的退化機理或者失效機理,從而提出改進措施,為提高led燈珠材料鍵合的可靠性以及器件使用壽命提供依據。
01
失效機理一:內鍵合點IMC的化學腐蝕
  微電子器件有多種腐蝕機理,常見有三種形式:化學腐蝕、電偶腐蝕和電解腐蝕。在不加電情況下最常見的方式為化學腐蝕。
  SOT23塑封封裝電壓基準源,用于電源適配器中,使用一段時間后輸出電壓出現漂移。通過機械開封方法確認內部鋁焊盤腐蝕、銅發生了遷移、再沉淀,IMC界面存在含氯的化合物,具體見圖2。銅鋁鍵合的IMC主要成分為CuAl2、CuAl和Cu9Al4,以CuAl2和Cu9Al4為主。內鍵合點腐蝕主要是因為Cu9Al4和CuAl2受到Cl-侵蝕導致,最終導致鍵合強度下降,可能的一系列反應見方程(1)~(6)。因此,無論是器件封裝材料上,還是使用防護上,均需要進一步改進。
02
失效機理二:外鍵合點腐蝕
  以下分析為TI公司生產的PW封裝微處理器,使用幾個月后出現失效。led燈珠材料鍵合在表面鍍鈀(或銀)的金屬框架上形成外鍵合點連接,激光開封可見氯腐蝕后,整個楔形鍵合消失,切片分析可見外鍵合點變色形成了含氯的腐蝕產物,氯元素的重量比在1%左右。對其塑封材料進行分析,一般塑封料中也可以檢測到少量的氯元素。一般認為銅不能直接與氯離子產生化學反應,但認為銅的表面可以形成Cu2O,形成電化學的腐蝕作用,并且能夠和氯離子形成絡合離子形成進一步反應。
03
失效機理四:鍵合彈坑
  在led燈珠材料鍵合工藝中,通常會調整工藝窗口以適合不同芯片的鍵合需要,但工藝調整不當時仍然會發生批次性的鍵合彈坑現象。內鍵合點的彈坑損傷失效也具有潛伏性,導致鍵合強度和介質絕緣性下降等,在應用時加電應力或者溫度應力下可以加速失效。國產SOT23-6 封裝的脈沖寬度調制控制芯片產品初測合格,焊接完成后即發現功能失效,失效率達1%,已通過測試產品投入使用后依然有很高的失效率。實驗室測試其I-V 特性曲線并無明顯異常,通過化學開封和鍵合拉力測試分析,部分鍵合絲拉力為0 N,脫離界面伴隨著介質層和硅層損傷,呈現典型的“彈坑”形貌,切片分析也確認了這種失效現象。led燈珠材料鍵合周圍的鋁擠壓現象比較嚴重,表明鍵合的力較大。
04
失效機理三:電偶腐蝕
   銅鋁鍵合界面鍵合強度的下降可能是一個長期的過程,一般情況下不會引起突發性失效,并且會在鍵合點位置過熱形成塑封料的炭化現象。這種鍵合強度下降的失效,在“雙85”高溫高濕試驗和實際使用中都得到很好的驗證。失效表現為內鍵合點沒有形成彈坑,沒有明顯的過電應力和化學污染,鍵合點過熱失效。這是因為銅鋁界面在吸濕環境時會形成電偶(接觸)腐蝕,也稱之為原電池腐蝕,最終引起鋁層氧化,鍵合拉力下降。例如曾出現過三起國產TO-94封裝的霍爾傳感器,用于電磁爐風扇中,使用過程陸續出現10ppm/月的失效比例。
led燈珠材料鍵合在實際應用中常見失效機理和改進措施,見下表。


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