探讨采用绿色塑料封装的功率MOSFET性能

湿度增加会加快离子杂质的流动，并造成MOSFET漏电流。大多数塑封材料都会渗透潮气。填充材料会影响塑封的抗潮能力，这是因为填充材料延长了水分扩散的通道，从而降低了水分扩散速率。绿色EMC的填充材料含量(86.0%)比非绿色EMC的含量(78.6%)高。由于填充密度高，湿气到达裸片表面需要的时间肯定更长。这也许是绿色器件中IGSS漂移相对较小的原因之一。

此外，填充材料也会引起与器件金属接触的模塑化合物腐蚀。存在于固化的模塑化合物中的离子或因环境恶化产生的离子能够产生电流，从而助长腐蚀。而脱水导电测试表明，经填充的环氧树脂室温导电率为0.5~2.8(Ωcm)-1×10-4，70℃时为7.8~9.1(Ωcm)-1×10-4。导电率的增加是因为填充材料具有释放离子的作用。

在铜键合焊球中，铝键合焊盘会与铜-铝金属间化合物形成一个原电池，并以周围的潮湿环境为电解液。这种电偶会促成铝的氧化，加快腐蚀过程。非绿色EMC的溴化阻燃材料高温时释放出的溴亦会加快腐蚀。溴与其它离子(如氯化物和氟化物)形成电解液。这种电解液不会腐蚀MOSFET裸片的整个源极金属，而是使键合焊球的金属间微结构劣化。这是因为大多数飞兆半导体分立功率MOSFET器件都在源极金属中增加了钛，可以作为防腐屏障。此外，EMC-铝焊盘与铜-铝金属间化合物和铝焊盘间的界面不同，本身并没有电偶的作用。键合焊球的腐蚀不直接导致失效，但会增加其键合电阻。

图4 经ACLV应力后用酸蚀法剖开的非绿色MOSFET器件

图4所示为接受864小时的ACLV应力后，用酸蚀法剖开的非绿色MOSFET器件的照片(放大17倍)。非绿色EMC并未在整个裸片表面造成电解腐蚀，而是腐蚀了键合焊球下面的金属。

在形成的原电池中，铝的还原电势(-1.66V)比铝-铜的(2.00V) 低。因此，铝焊盘就成为被腐蚀的阳极，而铝-铜金属间就成为一个受保护的阴极。在阳极，铝金属出现如下的分解：

Al→Al3+ +3e-

Al的腐蚀产物为Al(OH)3：

Al3++3H2O→Al(OH)3 + 3H+

在阴极，水分子被还原为氢氧离子：

2H2O+2e-→H2+2OH-

EDX分析发现，刚键合的铜焊球与铝键合焊盘形成了CuAl2金属间相，CuAl2为四方晶体，呈浅黄色，电阻率为7~8mΩ·cm。在121℃的ACLV温度较低，不足以引起铝到铜间的互扩散。因此，施加ACLV应力对金属间层的生长可忽略不计。甚至在施压864小时后，金属间相和厚度都保持不变。