探讨采用绿色塑料封装的功率MOSFET性能

实验方法学

本实验采用一台波形记录器对众多使用绿色和非绿色EMC封装的铜键合线MOSFET器件进行电气测试，然后对这些器件施加热压(ACLV)应力。施加ACLV是为了评测这些改变材料的新封装。该实验采用了较大强度的加速试验法，即被测器件处于冷凝环境，压力205kPa、湿度100%、温度121℃。这是为了加快湿气向封装内渗透，以便暴露器件的缺陷，如脱层和金属腐蚀。应力施加时间从通常的96小时延长到192、288、384、480、576、672、768及864小时。这是为了研究MOSFET器件在长时间ACLV应力下的电气性能及物理性质的变化。在每个应力施加时间点，都从气室中取出一些器件，烘干一晚后，重新测试其电气特性。接下来，便使用磨削抛光机将器件横向剖开，或用酸蚀法打开。然后，使用可变应力场发射式扫描电子显微镜检查器件裸片、键合线及金属间微结构。此外，还使用色散X射线仪(EDX)进行成分分析。

实验结果与讨论

可评测和比较非绿色和绿色EMC材料对功率MOSFET断电时特性(IGSS、IDSS、BVDSS)的影响。

模塑化合物中的杂质离子(包括阴离子和阳离子)会严重削弱MOSFET器件的电气指标。这种削弱受湿度和温度影响，在带电载流子流动性增加时进一步加剧。在高温时，非绿色EMC的溴化阻燃材料中会以溴甲烷形式释放出溴离子。这些溴离子会使MOSFET源极和栅极间的漏电流增大，而这已在非绿色器件上得到证实，非绿色器件在承受ACLV应力期间表现出比绿色器件更高的IGSS电流漂移，如图1所示。

图1 绿色和非绿色器件IGSS(栅极-源极漏电流)漂移随施压时长的变化

图2不同ACLV时长下绿色和非绿色器件的IDSS(零压栅极-漏极电流)

如果EMC中存在钠和钾离子，MOSFET性能会进一步恶化，有可能在氧化物中形成逆温层，进而造成漏电。不过，杂质离子对IDSS(见图2)和BVDSS(见图3)的影响无关紧要。

图3 不同ACLV时长下绿色和非绿色器件的BVDSS(漏极-源极击穿电压)