貼片場效應(yīng)管管腳圖-高壓電容管腳斷裂失效分析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-10-09
引腳，又叫管腳，英文叫Pin。就是從集成電路（芯片）內(nèi)部電路引出與外圍電路的接線，所有的引腳就構(gòu)成了這塊芯片的接口。引線末端的一段，通過軟釬焊使這一段與印制板上的焊盤共同形成焊點(diǎn)。引腳可劃分為腳跟（bottom）、腳趾（toe）、腳側(cè)（side）等部分。
部分貼片場效應(yīng)管的管腳排列如圖1。此外，我們］可利用萬用表Rx1k檔判別結(jié)型場效應(yīng)管電極，黑表筆碰觸一個(gè)電極，紅表筆依次碰觸另外兩個(gè)電極，若兩次測出的阻值都很大，則是P溝道且黑表筆接的是柵極。反之，兩次阻值均很小，則是N溝道，黑表筆接的也是柵極，但此法不能用于測絕緣柵場效應(yīng)管。
另外，還可用萬用表估測結(jié)型場效應(yīng)管的放大能力，如圖2。手捏住柵極后，表針會向左擺動(dòng)（或向右），但只要有明顯擺動(dòng)說明此管有放大能力，擺動(dòng)小，放大能力弱。由于測量進(jìn)g-結(jié)電窄上充有少量電荷，每次測量后要將g-s間短路一下，否則再次測可能表針不動(dòng)。
對于大功率場效應(yīng)管，如圖6-6 （a）所示，從左至右，管腳排列基本為G、D、S極（散熱片接D極）：采用絕緣底板模塊封裝的特種場效應(yīng)管通常有四個(gè)管腳，如圖2示，上面的兩個(gè)通常為兩個(gè)S極（相連），下面的兩個(gè)分別為G、D極；采用貼片封裝的場效應(yīng)管，如圖2示，散熱片是D極，下面的三個(gè)腳分別是G、D、S極。
環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn) (ESS試驗(yàn))是考核導(dǎo)彈質(zhì)量的必要手段。ESS試驗(yàn)中的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)旨在考核產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)、裝配、應(yīng)力等方面的缺陷。導(dǎo)彈在生產(chǎn)中要經(jīng)歷組件、艙段、全彈3級的ESS試驗(yàn)。在3級振動(dòng)試驗(yàn)中多次出現(xiàn)發(fā)射機(jī)探測功率抖動(dòng)或功率很小的故障現(xiàn)象，排查后發(fā)現(xiàn)是發(fā)射機(jī)組件的整流器電路板上高壓電容的引腳在焊點(diǎn)處斷裂引起。
整流器電路板上有10個(gè)貼片瓷介高壓電容(在電路中起倍壓或?yàn)V波作用)，在兩側(cè)鍍銀電極焊接11 mm鍍銀銅絲后插裝在印制板上，電容陶瓷底面距印制板小于0.5 mm，然后用電烙鐵焊接，最后在電容底部涂1圈硅橡膠GD414以粘接固定在印制板上。通過對斷口宏微觀觀察、化學(xué)成分分析和硬度檢測、裝配生產(chǎn)流程分析以及材料力學(xué)計(jì)算，確定斷裂性質(zhì)和原因，進(jìn)而制定經(jīng)濟(jì)、可行、有效的補(bǔ)償措施，并進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證，從而使最終問題得到解決。這一研究對ESS試驗(yàn)的進(jìn)行有較重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
工藝分析和改進(jìn)措施
（1）固定膠分析和改進(jìn)
硅橡膠拉伸強(qiáng)度為4～5 MPa，伸長率為100%～200%，分子間作用力弱，粘附性差，粘接強(qiáng)度低；而E-4X環(huán)氧樹脂膠拉伸強(qiáng)度大于83 MPa，伸長率小于9%，粘合性好，粘接強(qiáng)度高，收縮率低，尺寸穩(wěn)定。從性能上明顯看出，E-4X環(huán)氧樹脂膠才能對“懸臂梁”式的高壓電容起到真正的固定作用。
對涂膠工序進(jìn)行細(xì)化，要求環(huán)氧膠固定電容高度達(dá)到電容本體的1/3，并在兩肋形成山脊?fàn)钪?，使高壓電容與E-4X一體，振動(dòng)中不再顫振，引腳得到保護(hù)。
（2）生產(chǎn)流程分析和改進(jìn)
審查整流器電路板裝配生產(chǎn)流程，發(fā)現(xiàn)是先裝配高壓電容再裝配其它元件，這樣立式高壓電容為最高點(diǎn)，周轉(zhuǎn)或放置時(shí)，電容易受到磕碰或外力而造成歪斜，每批電路板測試或固定前發(fā)現(xiàn)部分高壓電容有歪斜現(xiàn)象，固定前人工進(jìn)行了扶正。更改工序即先裝配其它元件和粘接立柱再裝配高壓電容。這樣周轉(zhuǎn)或放置時(shí)比高壓電容稍高的立柱受力，保護(hù)了高壓電容。改進(jìn)工序前，先對電路板真空涂覆(在電容陶瓷面上形成約15 μm厚的派埃林薄膜材料)，再涂硅橡膠固定。改進(jìn)后，先在電容上涂環(huán)氧膠，再在整個(gè)電路板真空涂覆，這樣在電容和膠外表面一體形成派埃林薄膜。由于派埃林薄膜表面粗糙度小于陶瓷面，膠在派埃林薄膜表面的接觸角大于陶瓷表面(接觸角越小潤濕效果越好)，改進(jìn)后固定效果更好。
分析與改進(jìn)結(jié)果
高壓電容是片式SMC，焊盤應(yīng)設(shè)計(jì)成長方形的焊盤，焊接采用表面組裝技術(shù)(SMT)回流焊接，這樣高壓電容不再是“懸臂梁”，正應(yīng)力會因質(zhì)心降低和受力面積增大而大幅度減小。重新對電路板設(shè)計(jì)可從根本上解決問題，但涉及大批量在制品的報(bào)廢和返修，嚴(yán)重影響導(dǎo)彈的生產(chǎn)交付。
在X和Y方向隨機(jī)振動(dòng)中高壓電容受交變的拉伸和剪切應(yīng)力，硅橡膠粘接強(qiáng)度弱且固定不足高壓電容高度的1/5，基本沒有起到支撐作用，特別是Y向振動(dòng)中電容在顫振，焊點(diǎn)處受到高頻率的剪切應(yīng)力，最終導(dǎo)致彎曲疲勞斷裂。
電路板(試驗(yàn)件)換膠后通過了加強(qiáng)考核的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，隨后大批量正式產(chǎn)品進(jìn)行返修。新投產(chǎn)的整流器電路板按照改進(jìn)后的流程生產(chǎn)，用E-4X環(huán)氧樹脂膠固定高壓電容。返修后的產(chǎn)品和按改進(jìn)措施新生產(chǎn)的產(chǎn)品在組件、艙段、全彈三級的ESS試驗(yàn)均未再發(fā)生高壓電容引腳斷裂故障，表明問題得到解決。
結(jié)論
1)高壓電容引腳斷裂性質(zhì)是疲勞斷裂；
2)裝配方式設(shè)計(jì)不合理，固定膠粘接強(qiáng)度不夠和工藝不完善是導(dǎo)致引腳斷裂的原因；
3)改用環(huán)氧膠和調(diào)整生產(chǎn)流程從工程上簡單、有效、經(jīng)濟(jì)地解決了問題。
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