微波晶体管封装的可靠性研究

本报告给出估价微波功率晶体管封装对其可靠性影响的研究结果。研究着重给出封装对器件可靠性的影响而不是封装本身的可靠性。这篇报告包括几个独立的研究范围,它们仅在封装器件可靠性的不同方面彼此联系。这些研究包括:各种现有的器件复负载平面的研究;器件的特性和结温在复负载平面上定义;器件特性对引线移动的灵敏度的研究;有效载体的整体表征和环氧树脂的密封估价。还进行了另外的一些有关研究并在此作了报导。     

微波功率晶体管的热失效分析

微波功率晶体管是微波功率放大器中的核心器件,其热性能在很大程度上决定于封装管芯的管壳.针对某型号的微波功率晶体管在进行生产筛选的功率老化试验时出现的热失效问题进行分析与讨论,最终确定器件管壳内用于烧结管芯的氧化铍(BeO)上的多层金属化层存在质量缺陷,使管芯到BeO的热阻增大,因此出现了老化时部分器件失效现象.提出了预防措施,既可避免损失,也能保证微波功率晶体管在使用中的可靠性.     

2千兆赫20瓦和4千兆赫5瓦单片晶体管

一、目的本计划旨在研究两种分别具有一定技术水平的固体器件。它们是应用在放大器内的具有单片集成匹配网络的双极微波功率晶体管。器件这样装配:将单个管芯直接附着在金属热沉上,从而免去了现有微波功率晶体管封装都要用的BeO隔离。研究的两种器件是2千兆赫20瓦和4千兆赫5瓦,它们都是以连续波模式工作的。将生产足够数量的器件,以证明其基本设计和封装技术能适应于生产需求。二、技术说明 1.引言本合同初期主要致力于以下两方面的工作:首先设计2千兆赫20瓦器件的有源部     

国外半导体微波技术发展概况

一、引言目前,半导体微波技术,正在电子对抗、卫星通信、遥控、遥测、相控阵雷达以及民用微波通信等现代化整机方面广泛地得到应用。半导体微波器件的发展,业已促进了整机的固体化和小型化的实现。而现代化的整机,又对半导体微波器件提出了更高的要求。比如在微波波段要有大功率信号源以作固体发射源,又如在微波领域要有低噪声器件以作固体接收部件。目前,在半导体微波器件中进展最快的是微波晶体管。双极晶体管和场效应晶体管     

提高微波功率晶体管在使用中的可靠性

微波功率晶体管是固态发射机及T/R组件的核心器件,其可靠性对系统的可靠性指标起着决定性的作用。统计数据表明,使用不当造成晶体管的失效占到很大的比例。通过对瞬态过载、结温、参数漂移等影响微波功率晶体管使用可靠性的因素进行分析,提出了用保护电路、降额设计、容差设计等手段来提高微波功率晶体管的使用可靠性,对工程设计有一定的指导作用。     

微波晶体管可靠性预测

本报告给出了73.2～74.4所做的关于估价微波功率晶体管失效机理的结果,并给出了这些器件预期的可靠性和寿命结果。根据详细的失效分析进行了一系列加速射频寿命试验。估价了金和铝两种金属化系统器件。早期的工作是在 MSC1315和 PHI1510器件上进行的。PHI 型金金属化器件可在340℃结温下工作长达2000小时而不失效。MSC 型铝金属化器件在250℃结温下工作800小时或在310℃结温下工作10小时失效。其主要失效机理是电徙动。     

从微波二极管到超级元件

微波二极管本是固体微波器件的主力,过去使用器件的人们一说起微波固体器件往往就想到是指一些微波二极管,并几乎把两者等同起来,这种印象随着技术飞速发展显得越来越陈旧了.事实表明,以二极管作为微波固体器件代表性产品的时期行将过去.现在不仅有多种微波三极管(双极型或场效应型)、四极管(双栅场效应管);而且分立器件的传统封装越来越显得不适应系统要求,可靠性不足,或综合成本较贵,因此,超级元件应运而生.     

50例微波器件失效分析结果汇总与分析

对约50例微波器件失效分析结果进行了汇总和分析,阐述了微波器件在使用中失效的主要原因、分类及其分布。汇总情况表明,由于器件本身质量和可靠性导致的失效约占80%,其余20%是使用不当造成的。在器件本身的质量和可靠性问题方面,具体失效机理有引线键合不良、芯片缺陷(包括沾污、裂片、工艺结构缺陷等)、芯片粘结、管壳缺陷、胶使用不当等;在使用不当方面,主要是静电放电(ESD)损伤和过电损伤(EOS),EOS损伤中包括输出端失配、加电顺序等操作不当引入的过电应力等。     

CG36晶体管恒定应力加速寿命试验

本文总结了CG36晶体管加电功率的恒定应力加速寿命试验结果。阐述了开展加速寿命试验的必要性,半导体器件加速寿命试验的基本原理,本试验的目的和试验方案的考虑。通过试验证实了器件的寿命分布服从对数正态分布,外推了器件在使用状态下的寿命和失效率水平;提出了对于加电功率的加速试验不应简单地运用经典的阿列尼乌斯方程,对某些器件尤其是微波器件必须考虑电压和电流的因子对失效的影响,对加速方程进行必要的修正。本试验共投入了1000只样品,其结果可作为整机可靠性设计的依据。     

商用航空电子设备用的微波管

在今天的航空电子设备中得到广泛使用的只有两种类型的微波管——大功率脉冲磁控管和微波三极管:前者用于气象雷达;后者用于测距设备和空中交通管制应答器。因为固态器件还不能在C或X波段产生气象雷达所要求的功率,因此在最近的将来,这些管子都不可能被取代。如果并联几个固体器件,现代的固态器件工艺水平正好能达到测距设备和空中交通管制应答器所要求的1千兆赫1千瓦或更低的功率。但是能满足这些要求的固体设备,在造价、牢固或可靠性方面都不可能与微波管型的     

砷化镓场效应晶体管及其放大器的装架和封装技术

X波段砷化镓场效应晶体管的问世,在装架和封装方面向器件和电路的设计制造者提出了许多问题。本文将叙述器件的封装技术,在混合微带电路中器件是如何装架和封装的,以及在砷,七镓上制作微波集成电路使这些问题可得到解决。器件的封装为了使砷化镓场效应晶体管能工作于微波频段,在晶体管栅上的有源区尺寸必须非常小。若想工作在10千兆赫甚至更高的频率,必须制作栅金属条宽度为1个微米的器件。图1是普莱赛公司制作的X波段砷化镓场效应晶体管的扫描电子显微镜照片。图中的栅条(在两个大面积欧姆接触源和漏压之间的区域)是用电子束光刻制作的。在目前,这种     

高可靠性应用的微波双极晶体管的设计和质量保证

现代空间活动和一些关键性的工业及科学应用都要求有绝对的把握性。即要求所有需要的系统功能都能成功地完成。在这些应用中,由于设备难于接近,所以更换失效器件往往是困难的,甚至是不可能的。因此,只有那些确实具有高可靠性的器件,才被指定来用于这些关键性的应用中去。使用不具有最大限度可靠性保证的器件。则冒险性是太大了。由于认识到这一事实,日本电气公司(NEC)已经研究出一种高可靠性应用的微波双极晶体管的低成本的质量保证方案。对根据这个方案制作的目前水平的 C 波段晶体管所作的长期寿命试验的结果表明,在正常工作条件下,其平均寿命大于10~9小时(100000年)。这超过了使用这种器件的空间应用所要求的器件可靠性水平。事实上,NEC 正在给空间应用(例如向木星和火星发射的宇宙飞船及其他科学卫星)提供大量的高可靠性微皮晶体管。     

X波段硅微波振荡晶体管

本文报导的X波段硅微波振荡晶体管WZ321型器件,采用了亚微米全干法刻蚀技术、离子注入基区掺杂技术、砷发射区、多层金属化电极、小寄生参量的全密封封装,使器件具有良好的微波性能和可靠性。器件典型的微波参数是在7.5GHz下,振荡输出20mW。     

功率器件管壳的热应力分析

当微电子器件封装中的热应力足够大时 ,常常会导致封装开裂甚至失效 .热应力主要是在制造过程中由于环境温度变化和封装材料热失配而产生的 .因此 ,对封装设计进行热应力估算和可靠性研究是必不可少的 .采用 ABAQUS有限元计算软件 ,对某型混合集成电路的铜基金属功率外壳 ,建立了功率器件封装的三维计算模型 ,进行了应力和变形分析计算 .计算结果为提高封装结构的可靠性和优化封装设计提出了理论依据     

提高MOS功率晶体管封装可靠性技术研究

功率MOS晶体管的正向导通电阻是器件的重要指标,严重影响器件的使用可靠性。从封装材料、封装工艺等方面论述功率MOS管降低导通电阻、控制空洞、提高器件可靠性的封装技术,并通过一些实例来阐述工艺控制的效果。     

功率器件管壳的热应力分析

当微电子器件封装中的热应力足够大时,常常会导致封装开裂甚至失效.热应力主要是在制造过程中由于环境温度变化和封装材料热失配而产生的.因此,对封装设计进行热应力估算和可靠性研究是必不可少的.采用ABAQUS有限元计算软件,对某型混合集成电路的铜基金属功率外壳,建立了功率器件封装的三维计算模型,进行了应力和变形分析计算.计算结果为提高封装结构的可靠性和优化封装设计提出了理论依据     

Cu镀Au腔体气密性封装工艺研究

Cu镀Au腔体是微波器件常用封装载体之一。在目前应用中,Cu镀Au腔体微波器件的气密性封装一直是工程化技术难题,大幅影响了微波器件的可靠性和使用寿命。对基于Cu镀Au腔体的微波器件进行了气密性封装研究,探讨了Cu镀Au腔体实现气密性封装可能的工艺路线。通过比较激光封焊和真空钎焊等传统气密性封装工艺方法,提出了＂小孔密封...     

微波晶体管测试夹具技术的研究

微波晶体管是无线通信、雷达等电子系统中的关键部分。由于其高频特性以及一般非50Ω特性阻抗,准确评估其性能有较大的难度。晶体管大都为不同形式的表面贴装或表面安装器件,而目前微波测试系统基本上都是同轴传输系统,因此,就需要通过测试夹具完成对测试器件固定、馈电以及信号同轴传输转微带传输的功能。微波器件测试是保证器件质量和发展的关键手段,夹具制作技术对测试结果影响巨大,对微波晶体管测试夹具制作进行了研究,并提出了解决方案。     

S波段功率晶体管

通过材料、工艺、封装和测试等各方面的努力,研制成功一类可在S波段输出数瓦功率的微波功率晶体管。对器件的短期和长期可靠性的试验和评价工作仍在进行中。     

铜丝键合在实际应用中的失效分析

研究并总结了铜丝键合塑封器件在实际应用环境中工作时发生的几种不同失效模式和失效机理,包括常见封装类型电路的失效,这些封装类型占据绝大部分铜丝键合的市场比例。和传统的实验室可靠性测试相比,实际应用中的铜丝失效能够全面暴露潜在可靠性问题和薄弱点,因为实际应用环境存在更多不可控因素。实际应用时的失效或退化机理主要包括:外键合点氯腐蚀、金属间化合物氯腐蚀、电偶腐蚀、键合弹坑、封装缺陷五种类型。对实际应用中的数据和分析为进一步改善铜丝键合可靠性、提高器件稳定性提供了依据。