SOD—323封装外型稳压二极管“开路”现象分析

杜安波

摘 要：该文针对SOD-323封装外型MM3Z2V4稳压二极管在某用户处偶然会发生“开路”不工作现象进行分析，通过对该现象发生的原因进行分析、试验验证、故障复现，通过论证的结论，针对车间所有的产品系列制定了防止类似质量问题发生的有效管控措施。

关键词：正向压降 功率老炼 超声键合 高温反偏

中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）8（a）-0068-02

1 失效机理分析

1.1 外观检查

将样品通过体视显微镜观察，样品塑封体及引脚完好，未见其它异常现象。

1.2 X光透视

将样品采用X光透视检查，芯片焊接位置符合要求，键合良好，粘接区无空洞现象。

1.3 样品电参数测试

用万用表在用户电路板上对MM3Z2V4型稳压二极管先进行功能测试，该二极管表现为“开路”状态，把电路板上其它部分元器件拆除后，该二极管单向导电性功能出现，把该MM3Z2V4型稳压二极管去除引脚包锡后在881-TT/A测试系统上进行常温参数性能测试，各项常温参数均符合规范要求。

1.4 稳压二极管正向压降（VF）分析

若样品内部存在“欧姆接触不良”现象，从理论上分析，“欧姆接触不良”会产生接触电阻，其正向压降较其它正常合格产品会较大，对用户带来的样品进行VF测试（测试条件：IF=500 mA）。测试结果为1.467 V。同時抽取同批次合格产品20只在相同条件下测试VF，测试结果为0.99 V左右。

1.5 SOD-323封装外型结构设计分析

SOD-323封装外型为国际通用的很成熟的一种封装外型，其主要结构原材料为铁镍合金引线框架（底座、焊接区局部镀银）、芯片、金丝内引线、环氧塑封料。

芯片与铁镍合金引线框架（底座）之间采用共晶工艺进行粘接，共晶粘片是利用金硅共熔点，从而使管芯与底座形成良好欧姆接触，并具有良好的机械强度。

芯片电极与产品外引线之间采用金丝作为内引线进行键合，键合工艺为热超声键合工艺，在焊接阶段，形成牢固的机械连接，即实现焊接。

最后采用环氧模塑料（塑封料）进行实体封装。环氧模塑料塑封成型技术是用传递成型法将环氧树脂塑封料挤压入模腔并将其中的半导体芯片包埋，同时交联固化成型。

通过以上SOD-323封装外型内部结构分析，造成内部存在“欧姆接触不良”现象只有三个位置：（1）在芯片与引线框架底座之间。（2）芯片电极与金丝内引线“球焊”点之间。（3）金丝内引线与引线框架“楔焊”点之间。

芯片与引线框架底座之间：采用共晶工艺进行粘接，接触面积为0.38 mm×0.38 mm芯片电极与金丝内引线“球焊”点之间：焊球的大小在2.5～4.0倍金丝线径内。金丝内引线与引线框架“楔焊”点之间：楔宽在1.5～4.0倍金丝线径内，楔长在1.0～3.0倍金丝线径内。

分析这三个位置，只有金丝内引线与引线框架“楔焊”点之间接触面积最小，在同等应力条件下，最有可能发生“欧姆接触不良”现象。

1.6 解剖分析

为了能较为准确的判断 “开路”是样品内部哪一部分引起，先采用激光去除部分塑封料对其进行观察和检测，未发现异常现象。为进一步确认引起产品开路原因，采用化学方法进一步去除塑封料，万用表对产品特性进行测量，发现产品已呈现“开路”状态。用体式显微镜下对产品进行观察，观察发现产品内引线与引线框架键合点（楔焊点）有脱离，对键合点进行仔细观察，内引线与键合点有偏离，其它未见异常。

1.7 造成“楔焊”点“开路”的原因分析

理论分析，造成“楔焊”点“开路”的原因为：（1）该“楔焊”点在焊接时本身焊接质量不好（拉力偏低或金丝与引线框架银层没有形成很好的合金），在老炼筛选后处于淘汰边缘，继续在用户处筛选时故障暴露。（2）老炼太严酷，提前让该“楔焊”点质量退化。（3）以上两方面的综合因素。

2 试验验证

2.1 异常超声键合工艺试验

人为造成“楔焊”点焊接质量不好，试验方法为：在正常焊线工艺的基础上故意降低“楔焊”点焊接参数，人为造成“楔焊”点脱焊和虚焊现象较多。经测试出合格品98只（1条有192只产品），成品率为51.04%。测试时测试程序加测500mA下正向压降（VF），参数合格产品在该测试点下的正向压降（VF）均≤1V。抽取参数合格品70只，按规范进行功率老炼（IZ=1.5IZM=1.5×76 mA=114 mA），老炼48h后，有9只淘汰（4只产品短路，5只产品500mA大电流下正向压降偏大，≥1.1 V）。

2.2 功率老炼分析

按QZJ840611技术条件规定：“在室温下，额定功率在3 W以下者，以1.5倍功率反向老化12 h。SOD-323封装外型稳压二极管额定功率为200 mW，所以按1.5倍功率进行老炼。”将2.1中第一次老炼合格的产品再抽取15只再进行老炼，在老炼过程中关闭老炼设备上的散热风扇，提高老炼严酷度，试验时用点温计测量夹具上的散热片温度达到69℃，24 h后测试产品，出现1只产品短路，3只正向大于1.1 V。

功率老炼分析小结：以上试验结论，若产品在老炼过程中老炼设备上散热风扇坏或散热效果不好，会造成产品老炼过程中结温过高，发生老化现象，让产品提前老化。

2.3 高温反偏试验

为了再现“开路”故障现象，把2.1中异常焊线第一次老炼后，VF≥1.1 V的5只产品，按用户老炼条件（IZ=330μA，温度：125℃）老炼了96 h后，其中有1只产品IZ电流跌为了89.90μA，取下用万用表测量其功能，该只稳压二极管已失去了单向导电性功能，用测试系统测试，该只产品又恢复了功能，故障现象与用户处发生的现象一致。

3 结论

（1）内引线焊接质量不好的产品，经过老炼后产品的淘汰率较高，部分产品的性能会下降，随着老炼时间加长，产品会继续淘汰，性能下降的产品还会继续出现。

（2）老炼过程中若发生散热不好情况，会加剧产品老炼强度，发生过老化现象，让产品提前老化。

（3）产品老炼后性能发生变化，从500 mA下的正向压降VF可以对其进行判别。

4 整改措施

（1）今后所有二极管产品，在参数测试时增加测试VF（测试条件：IF=500 mA），要求VF≤1.05 V（具体的规范可以根据批次产品的均值进行相应的调整），剔除存在内引线焊接后“欧姆接触”不良产品。对三极管产品，在最大集电极电流下测试正向电压VFBC和VFBE，并根据产品批次性能规定合理的控制标准。

（2）老炼工序在做产品老炼时，必须随时观察老炼设备的散热风扇状态，设备维护人员要定期对老炼设备进行维护，确保设备处于正常状态，防止产品过老化现象。

参考文献

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