貼片場效應管管腳圖-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）內部電路引出與外圍電路的接線，所有的引腳就構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。引腳可劃分為腳跟（bottom）、腳趾（toe）、腳側（side）等部分。
部分貼片場效應管的管腳排列如圖1。此外，我們］可利用萬用表Rx1k檔判別結型場效應管電極，黑表筆碰觸一個電極，紅表筆依次碰觸另外兩個電極，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管。
另外，還可用萬用表估測結型場效應管的放大能力，如圖2。手捏住柵極后，表針會向左擺動（或向右），但只要有明顯擺動說明此管有放大能力，擺動小，放大能力弱。由于測量進g-結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。
對于大功率場效應管，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管通常有四個管腳，如圖2示，上面的兩個通常為兩個S極（相連），下面的兩個分別為G、D極；采用貼片封裝的場效應管，如圖2示，散熱片是D極，下面的三個腳分別是G、D、S極。
環(huán)境應力篩選試驗 (ESS試驗)是考核導彈質量的必要手段。ESS試驗中的隨機振動試驗旨在考核產品在結構、裝配、應力等方面的缺陷。導彈在生產中要經歷組件、艙段、全彈3級的ESS試驗。在3級振動試驗中多次出現發(fā)射機探測功率抖動或功率很小的故障現象，排查后發(fā)現是發(fā)射機組件的整流器電路板上高壓電容的引腳在焊點處斷裂引起。
整流器電路板上有10個貼片瓷介高壓電容(在電路中起倍壓或濾波作用)，在兩側鍍銀電極焊接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、化學成分分析和硬度檢測、裝配生產流程分析以及材料力學計算，確定斷裂性質和原因，進而制定經濟、可行、有效的補償措施，并進行隨機振動試驗驗證，從而使最終問題得到解決。這一研究對ESS試驗的進行有較重要的工程應用價值。
工藝分析和改進措施
（1）固定膠分析和改進
硅橡膠拉伸強度為4～5 MPa，伸長率為100%～200%，分子間作用力弱，粘附性差，粘接強度低；而E-4X環(huán)氧樹脂膠拉伸強度大于83 MPa，伸長率小于9%，粘合性好，粘接強度高，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。
對涂膠工序進行細化，要求環(huán)氧膠固定電容高度達到電容本體的1/3，并在兩肋形成山脊狀支撐，使高壓電容與E-4X一體，振動中不再顫振，引腳得到保護。
（2）生產流程分析和改進
審查整流器電路板裝配生產流程，發(fā)現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，周轉或放置時，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)現部分高壓電容有歪斜現象，固定前人工進行了扶正。更改工序即先裝配其它元件和粘接立柱再裝配高壓電容。這樣周轉或放置時比高壓電容稍高的立柱受力，保護了高壓電容。改進工序前，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。改進后，先在電容上涂環(huán)氧膠，再在整個電路板真空涂覆，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)，改進后固定效果更好。
分析與改進結果
高壓電容是片式SMC，焊盤應設計成長方形的焊盤，焊接采用表面組裝技術(SMT)回流焊接，這樣高壓電容不再是“懸臂梁”，正應力會因質心降低和受力面積增大而大幅度減小。重新對電路板設計可從根本上解決問題，但涉及大批量在制品的報廢和返修，嚴重影響導彈的生產交付。
在X和Y方向隨機振動中高壓電容受交變的拉伸和剪切應力，硅橡膠粘接強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向振動中電容在顫振，焊點處受到高頻率的剪切應力，最終導致彎曲疲勞斷裂。
電路板(試驗件)換膠后通過了加強考核的隨機振動試驗，隨后大批量正式產品進行返修。新投產的整流器電路板按照改進后的流程生產，用E-4X環(huán)氧樹脂膠固定高壓電容。返修后的產品和按改進措施新生產的產品在組件、艙段、全彈三級的ESS試驗均未再發(fā)生高壓電容引腳斷裂故障，表明問題得到解決。
結論
1)高壓電容引腳斷裂性質是疲勞斷裂；
2)裝配方式設計不合理，固定膠粘接強度不夠和工藝不完善是導致引腳斷裂的原因；
3)改用環(huán)氧膠和調整生產流程從工程上簡單、有效、經濟地解決了問題。
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