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随着电子产品和新能源汽车行业的飞速发展,锂电池的需求在不断增加,其生产技术也在不断革新。锂电池保护电路的MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)具有输入阻抗高、开关频率高、驱动简单、导通损耗小等优点,但过温、过压和大电流等恶劣的应用场景使得MOSFET容易出现失效,造成电路工作异常。因此研究MOSFET的失效模式与失效机理对锂电池的工作寿命以及可靠性具有重要意义,本文对锂电池保护电路的MOSFET进行失效分析,从物料选用到应用加工装配的各环节等结合实际案例提出了相应的解决措施,为MOSFET器件及其他电子元器件的失效分析和问题解决提供了一定的参考价值。具体的研究内容如下:第一,详细研究了MOSFET的失效模式与失效机理。就失效模式而言,MOSFET的主要失效模式包括开路、短路、电参数漂移以及潜在性失效;就失效机理而言,MOSFET的典型失效机理包括焊接失效、静电放电失效(ESD:Electrostatic Discharge)、过电应力失效(EOS:Electrical Over Stress)、芯片裂纹失效等,从失效原因大体可分为MOSEET使用不当、MOSFET本身缺陷这两类,为后续MOSFET的失效分析结论提供理论支撑。第二,详细研究了5种实际的MOSFET器件失效,并提出改善措施。1.分析了造成电池功能异常的MOSFET焊接异常问题,该问题主要在于焊接工序中未形成连续的IMC(Intermetallic coupoud)层。改善措施为在焊接过程中温度和时间进行了优化。2.研究了锂电池保护电路中MOSFET烧毁现象,主要是超出安全工作区(SOA:Safe operating area)导致,考虑实际测试设备存在阻抗,释放不了设计要求的短路电流,因此从设计要求上提出了改善,即更换与MOSFET搭配使用的锂电保护芯片型号,从而使MOSFET工作在SOA内。3.分析了造成电池功能异常的MOSFET内部贯穿性裂纹问题,该问题是在组装电池成品过程中导致,改善措施为更改各夹具设计,对接触到MOSFET元件的位置进行有效规避。4.分析了一批ESD导致MOSFET失效的产品,其根本原因是MOSFET钝化层存在微裂缝缺陷导致抗干扰能力不足,改善措施为替换成其他厂商MOSFET器件,且各组装工序严格避去静电的危害。5.分析了四合一芯片,该芯片集成了2个MOSFET与2个锂电芯片,其失效原因为连接MOSFET与锂电芯片的键合引线根部断裂,由芯片制造工艺造成,改善措施为由芯片厂商进行键合参数(时间、功率、压力)的优化。第三,提出了详细且完整的失效分析流程。从锂电池保护电路的板级失效分析到MOSFET器件的芯片级失效分析,其流程为:1.失效信息调查;2.电池功能确认;3.PCBA(Printed Circuit Board Assembly)电性能测试;4.无损分析(外观检查、X-ray检查、CT(Computed Tomography)检查);5.有损分析(切片、开封、FIB(Focused Ion beam)等,可搭配SEM(Scanning Electronic Microscopy)观察失效形貌);6.芯片级别物理性能探测技术(EMMI(Emission Microscopy)、OBIRCH(Optical Beam Induced Resistance Change)等);7.提出改善措施。