振动环境下VDMOS器件可靠性研究

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1、工学硕士学位论文振动环境下VDMOS器件可靠性研究高欣宇哈尔滨理工大学2013年3月国内图书分类号：TN406工学硕士学位论文振动环境下VDMOS器件可靠性研究硕士研究生：导师：申请学位级别：学科、专业：所在单位：答辩日期：授予学位单位：高欣宇殷景华教授工学硕士微电子学与固体电子学应用科学学院2013年3月哈尔滨理工大学ClassifledIndex：TN406DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringResearchofReliabilityofVDMOSDeviceintheVibrationEnvir

2、onmentCandidate：Supervisor：GaoxinyuProf．YinjinghuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MicroelectronicsandsolidelectronicsDateofOralExamination：March，2013University：HarbinUniversityofScienceandTechnology哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《振动环境下VDMOS器件可靠性研究》，是

3、本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：禹坎雪日期：20#3匀z争月／日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《振动环境下VDMOS器件可靠性研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期问在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论

4、文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密口，在年解密后适用授权书。不保密团。(请在以上相应方框内打4)作者签名：高饮宇日期：2口侈年／4"月1日导师签名：岛文咩．日期：2。f3年辱月1日哈尔滨理工大学工学硕士学位论文振动环境下VDMOS器件可靠性研究摘要兼有双极晶体管和普通MOS器件优点的功率VDMOS器件，具有输入阻抗高、损耗小、开关速度快、频率特性好等特点，广泛应用于民用、军用、电子工业等领域。由于振

5、动环境是影响产品质量和可靠性的重要因素，因此，研究振动环境对VDMOS器件可靠性的影响至关重要。本文对VDMOS器件进行振动试验，采用ANSYS软件模拟振动环境下器件的应力分布，研究器件失效机理。本文利用电动振动台对国内外三种不同型号的VDMOS器件进行变频和定频振动实验，利用XJ4832大功率半导体晶体管特性图示仪测试器件VDS．ID特性，利用电子显微镜观察器件外壳和内部芯片表面变化；运用ANSYS有限元模拟软件，建立VDMOS器件的三维模型，模拟器件在振动环境下振动应力分布，分析器件失效模式与失效机理。实验结果表明：变频振动中，当变频振动频率对应

6、的振动应力达到器件内部材料断裂强度时，三种型号的VDMOS的ID(max)减小的幅度均会超过初始值的20％：定频振动中，当振动应力接近但没有达到器件的断裂强度时，随着振动时间的增加，因振动疲劳三种型号的器件VDs—ID特性均发生退化。振动使器件单胞各层产生应变，随着振动频率和时间的变化，当应变达到材料的断裂强度时，芯片产生微裂纹，并逐渐扩展到多个单胞，同时引出脚易断裂，导致器件VDs．ID特性退化。在测试VDMOS器件在振动环境下的VDs．ID特性时，由于所加电压与三种型号的VDMOS各自的极限电压相比很小，所以排除所加电压对器件VDs．ID特性的影

7、响。模拟结果表明：振动环境下，存在空洞的粘结层与芯片交界处，空洞处对应的芯片受到应力较大，导致粘结层微变形、芯片产生微裂纹；外部引脚所受的应变较大，在振动应力的反复作用下，引脚易发生疲劳性断裂现象，与实验结果吻合。实验和模拟结果为功率器件的可靠性研究提供了理论与实验依据。关键词VDMOS；VDs—ID特性；振动环境；疲劳断裂；性能退化哈尔滨理工大学工学硕士学位论文ResearchofReliabilityofVDMOSDeviceintheVibrationEnvironmentAbstractWiththeadvantagesofbipolartr

8、ansistorandcommonMOSdeviceofPowerVDMOSdevicehashi．ghin