功率MOSFET可靠性建模的研究.pdf

1、功率MOSFET以其驅(qū)動電路簡單、開關(guān)速度快、便于集成等特點,在電源、汽車、航空航天等電子系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。隨著元器件工藝的不斷改進,產(chǎn)品的研發(fā)周期不斷減小,功率MOSFET的可靠性正承受著巨大考驗。傳統(tǒng)的分立器件可靠性研究建立在大量的壽命試驗基礎(chǔ)上，而通常加速試驗并沒有實現(xiàn)真正的“加速”,費時費力。因此基于有限元建模的功率MOSFET可靠性研究,有重要的理論意義和實用價值。
　　在深入研究功率MOSFET失效模式發(fā)生的環(huán)境誘因

2、和數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，本文提出功率 MOSFET可靠性建模的總體研究方案。首先在有限元軟件 ANSYS中建立了封裝為TO-247的功率MOSFET模型,仿真獲得恒定電場作用下的器件溫度分布,結(jié)果與熱像儀拍攝到的熱分布基本一致,證明了本文所建立模型的正確性。再利用該模型對器件進行瞬態(tài)多場耦合仿真,得到功率MOSFET在實際“開”、“關(guān)”狀態(tài)下,最易發(fā)生失效的薄弱部位。結(jié)果表明,功率MOSFET封裝中主要的失效位置是黏結(jié)層、芯片、鍵合引線和塑料

3、封裝。
　　然后本文針對不同的環(huán)境因素,分別對器件的主要失效模式進行仿真分析,通過溫度和等效熱應(yīng)力的仿真結(jié)果,結(jié)合 Paris方程、Coffin-Manson準則等理論模型,實現(xiàn)了器件的剩余壽命預(yù)測。
　　最后對20只相同型號的功率 MOSFET在溫度循環(huán)、功率循環(huán)、熱擊穿和濕熱環(huán)境下的進行可靠性試驗。利用半導(dǎo)體參數(shù)測試儀測量試驗前后的電特性參數(shù)變化,并用光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡觀察失效器件的形貌。利用電測試的結(jié)果可以有效地分