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射機探測功率抖動或功率很小的故障現象，排查后發現是發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，尺寸穩定。從性能上明顯看出，E-4X環氧樹脂膠才能對“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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