微波半导体器件材料与工艺质量的SEM研究

摘要

微波半导体器件是衡量国家军事化水平的重要标准之一。与以欧美、日本为代表的发达国家相比，国内在微波器件方面研制工作相对落后，电子产品的质量与可靠性水平仍然存在较大差距。微波半导体产品的质量俨然发展成为武器建设的“瓶颈”，因而对于改善器件落后的生产工艺和提高微波产品质量已成为亟待解决的问题。因此，开展微波器件工艺相关的可靠性和失效分析研究具有非常重要的实际意义和应用价值。本文以合作单位自主研发的微波半导体器件（如移相器、放大器、混频器等）为主要研究对象，以扫描电子显微镜和电子探针能谱仪为主要技术手段，结合原材料检测、工艺过程控制、工艺改进以及失效分析等方面进行讨论研究，现将开展的工作和取得的主要研究成果概括如下。
　　（1）微波半导体器件中关于特殊样品的制备方法。扫描电镜在实际应用于微波半导体器件的观察时常遇到不便于分析的样品或者样品的特殊区域，如毫米级微粒（如腔体毛刺等）、焊接剖面、激光封焊焊缝等，加上某些不满足分析条件的样品，采用喷涂技术会对它产生致命损害，可以根据样品的特点通过选用合适的制备方法和合理调节电镜工作参数这两种方法均可以获得比较理想的分析结果，进一步完善了扫描电镜样品的制备方法。
　　（2）微波半导体器件工艺控制中的 SEM评价。主要从原材料控制和工艺监控与评价两个方面出发，在原材料质量控制方面，强调采购时材料的结构质量、工艺适应性以及可靠性分析评价三方面与规范一致性的控制；在工艺监控和控制方面，从微波器件的焊接工艺为例，主要从元器件的共晶焊和导电胶粘接两种焊接进行焊接界面的观察与研究，评价焊接质量和焊接工艺水平，协助合作单位降低了微波产品生产中潜在的质量问题，提高了生产水平。
　　（3）微波半导体器件的工艺改进的 SEM研究。针对以节约生产成本的工艺方案，即将腔体的镍阻挡层直接作为烧结层，将不同工艺的镍镀层进行烧结试验，从镀层质量、基片和元器件的共晶焊接、可靠性试验、气密性测试、激光封焊焊缝观察等方面分别进行了可靠性评价，以确定该工艺的可行性。
　　（4）微波半导体器件的失效分析方面的SEM研究。以使用中失效产品为例，分析腔体镀银层变色、管芯粘接的导电胶变色和微波移相器电迁移的微观机理和原因，在此基础上针对反映出的问题提出改进措施，并将分析结果反馈至相关部门，避免发生类似的失效，同时补充了微波半导体器件的失效分析案例，配合单位提高了微波产品的可靠性。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2可靠性技术与微观分析技术

1.3 本文主要工作

第二章 SEM分析过程中特殊样品的处理方法

2.1微观分析技术

2.2特殊样品的制备

2.4 本章小结

第三章 微波半导体器件工艺控制中的SEM评价

3.1原材料的质量控制

3.2工艺监控及其质量评价

3.4本章小结

第四章 微波半导体器件工艺改进方面的SEM研究

4.1镀镍层形貌与成分分析

4.2烧结质量的可靠性评价

4.3本章小结

第五章 微波半导体器件失效分析方面的SEM研究

5.1导电胶变色原因分析

5.2镀银腔体表面变色原因分析

5.3移相器电迁移失效分析

5.4 本章小结

第六章 结 论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果