真空回流焊炉/真空焊接炉——微波组件和模块失效分析

我们前文提到，随着科学技术的不断进步，微波组件逐渐被广泛地应用到航空航天技术、通信技术、电视广播、雷达等领域中。随着应用范围越来越广，在使用过程中遇到的质量和可靠性问题也日益增多，有些甚至会对生产方和使用方造成巨大的经济损失。本文就来探讨一下微波组件和模块的主要失效模式和失效原因，以及如何进行优化改进以此来降低失效的概率，提高整机系统的可靠性。
 

微波组件和模块的失效分为两类。输入或输出端发生了短路或断路、无功率输出、无控制功能这些分为“功能失效”；输出功率或增益下降、损耗增大、控制能力下降、饱和电流下降这些分为“特性退化”，微波组件和模块的失效大部分都是功能失效。失效的原因也分为器件本身的质量问题和使用不当造成器件损坏两大类，器件本身有缺陷则是造成失效的主要原因。

 

下面我们就从器件本身的质量问题入手分析失效的原因：

1.引线键合失效
引线键合（Wire Bonding），一种将金属引线连接到芯片焊盘上，将内外部的芯片连接起来的工艺，以此从核心元件中引入和导出电连接。

图1.引线示意图

 

引线键合失效有多种情况。引线中间发生断裂一般是引线上存在裂口、弯曲、割口、刻痕等，使得引线的机械强度降低，在键合时极易发生断裂，除此之外如果键合点和颈缩点的键合工艺处理得很好，整个系统中机械强度最低的点就落在了引线上，也可能会造成引线中间发生断裂。引线颈部断裂可能是材料间的接触应力不当，应力过小会导致键合不牢，而应力过大则会影响键合处的机械性能，甚至会造成引线根部断裂失效，损伤下方的芯片。另外如果键合工艺力度控制不合理，也会造成引线颈部出现断裂。除了引线断裂外，键合点脱落也是造成失效的原因。芯片上键合区的光刻胶或窗口的钝化胶未去除干净形成了绝缘层、芯片金属化层过薄使得键合时无缓冲作用、芯片金属化层出现合金点使得键合时出现缺陷、芯片金属化层粘附不牢、操作过程中造成表面沾污等等这些因素都会造成键合处脱落。

图2.引线键合失效示意图

 

2.芯片缺陷
有源器件、二极管、电容芯片等工艺结构有缺陷，芯片开裂、缺损、沾污等都称为芯片有缺陷。

图3.芯片表面缺陷示意图

 

3.芯片粘结失效
芯片粘结失效主要是由于粘结质量不好，在工作时芯片散热性能失效，或者是芯片脱落。影响芯片粘结强度的因素较多，粘接材料、工艺、外壳衬底/基座的质量、芯片表面的粗糙度、芯片表面的洁净度等等这些都是涉及到的因素。通过选择粘度更好的装片粘结材料、优化粘结工艺可以提高粘结质量。比如：对圆片磨削减薄后，会使芯片的粘结面存在细微的硅粉尘，使得芯片本体不能完全与粘结材料接触，对粘结强度造成影响。圆片减薄后，如果芯片的粘结面太光滑，无法保证粘结材料与芯片的接触面积，也不利于与粘结材料的螯合。外壳生产过程中清洗不到位，表面留有残留物或者污浊，或是在储存过程中吸附了水汽，这些都会使会得粘结受到影响。

4.导电胶失效
导电胶在键合处并不起导电作用，而是起到对键合点加固保护的作用。导电胶在温度循环或热冲击后，会在温度作用下产生机械张力，如果键合点处键合质量差，可能会被拉脱，导致器件回路电阻显著增大或者直接断路失效。

图4.导电胶失效示意图（箭头处）

 

5.电感线圈脱落
由于线圈没有固定，在振动的情况下，可能会发生从键合点处振断并造成断路的情况，使得器件失效。

图5.电感线圈脱落示意图（箭头处）

 

微波组件和模块的失效原因按照占比排名依次是引线键合失效、保护胶加固失效、芯片缺陷、芯片粘结失效、电感线圈脱落。其中保护胶加固失效和电感线圈脱落是微波组件和模块特有的机理缺陷。针对器件的主要失效原因进行工艺改进可以提高产品的质量和可靠性。使用者在上机前采用针对性的检验手段进行预先的质量评估，剔除故障缺陷的器件，可以预防微波组件和模块在使用时发生失效，提高整机的可靠性，避免造成严重经济损失。

 

关于微波组件和模块失效的分析就到这里，若有不当之处欢迎各位朋友予以指正和指教；若与其他原创内容有雷同之处，请与我们联系，我们将及时处理。如果您想了解如何保证微波组件和模块的可靠性，还可以移步到我们之前的文章《真空回流焊炉/真空焊接炉——微波组件模块的组装》，里面详解了如何在生产过程中最重要的组装环节保证其可靠性。若您有微波组件和模块的组装需求，我司的真空回流焊/真空共晶炉也能满足工艺需求，可与我们联系共同讨论，或前往我司官网了解。

 

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