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微波器件质量相关的电子显微研究

叶建海  
【摘要】:随着微波工程技术的不断发展,作为现代化电子装备和武器系统的重要基础元件,微波器件的使用范围越来越广泛。但是,相比于欧美等发达国家,我国微波器件的质量和可靠性水平还是存在着比较大的差距,在使用中出现的失效现象不断的发生。在这种情况下,如何更好的加强和保证微波产品的质量已经发展成为一个我们亟需面对的问题。因此,开展关于微波器件质量问题的可靠性和失效研究工作具有十分重要的实际意义和应用价值。针对合作单位缺少微观分析技术平台的现状,本论文采用以扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)为主的微观分析手段,结合产品的研发生产过程,围绕着材料、工艺和使用情况等影响因素,对微波器件的质量问题进行研究。开展的主要工作和取得的研究成果概述如下。 (1)SEM分析对样品的导电性较为敏感,针对导电性差样品在SEM分析时出现的图像失真现象进行研究,讨论了电子在样品表面的作用过程,最终确定了造成图像失真的影响机制;对于一些不便于进行喷镀处理的弱导电性材料,通过大量的实验研究,对不同分析模式和仪器参数进行灵活的调节,发展了背散射信号加快速扫描的分析方法在相关领域的应用,有效的克服了荷电效应带来的不良的影响,在实际运用中取得了理想的分析效果。 (2)微波器件三种焊接失效案例分析研究。针对钨铜复合材料封装焊接不牢问题,通过结构和成分的分析对照,找出其失效原因为原材料的W/Cu过高,影响其与可伐合金之间的可焊性。通过对试验不合格的微波晶体管进行DPA分析,结果表明器件管芯与基片间存在着虚焊和空洞等不良焊接,造成了器件间的欧姆接触不良,最终导致了热失效。针对电路元件的焊接脱落现象,采用SEM-EDS对脱落的焊料和管芯进行分析,确定了样品焊接时出现金属间合金化反应的失效模式。 (3)微波电路两种污染案例分析。对移相器芯片表面的液迹污染物进行分析表明,其成分以C、O、Na和K元素为主,并出现明显的树枝状和立方结晶结构;采用人的唾液进行模拟试验,获得的污染现象,以及成分与结构分析结果均一致;上述结果证实该污染源于人的体液。对移相器芯片表面出现的颗粒状污染物进行分析表明,其性质为空气中尘埃颗粒等有机附着物;针对这一情况,对工作间洁净度进行了检测,结果表明芯片污染的主要原因为无尘室洁净度不够,大于5μm的尘粒数严重超标。 (4)滤波器漏气原因分析。对密封检测不合格的滤波器进行分析,结果表明由于封装腔体(硅铝合金)中硅含量过高,且以颗粒状和片状结构存在,因此在尖端处容易存在应力集中,导致加工时微小裂缝的产生;另外,在焊接时还可能导致液相金属的流动性差,破坏其熔合的致密度,从而产生焊接缺陷,造成封装盒体的气密性不足。 (5)场效应管金属化层质量评价。通过对不同实验条件下某功率放大器芯片中场效应管处金属化层进行SEM检测表明,所有不同实验条件的样品观察结果基本一致,其金属化层整体上致密均匀,在源极过孔台阶处均存在一定的不连续性,空洞率较高。因此,芯片场效应管源极过孔台阶处的金属化层的不连续性和空洞的形成与成品的试验过程无关,在设定的实验条件下,芯片是合格的。 上述工作是紧密配合微波器件的研发和生产过程开展的,研究结果为工艺改进和失效预防提供了科学的依据,有效支撑了合作单位微波器件的质量控制和可靠性研究。


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