功率VDMOS器件是当今功率半导体主流器件之一,具有价格低、输入阻抗高、开关速度快、热稳定性好等特点,在民用、军用电子工业上广泛应用。目前,提高器件可靠性成为国内外研究的热点。本文通过高温循环、高低温循环和功率循环试验及有限元软件模拟等方法,研究功率VDMOS器件失效问题及可靠性,该方面研究对提高器件质量具有理论意义和应用价值。本文利用高温循环、高低温循环和功率循环试验,对国内外4种不同型号的功率VDMOS器件进行温度循环试验;采用大功率半导体晶体管特性图示仪,测量试验前后器件电性能;采用电子和光学显微镜,检查试验前后器件外观;对失效样品进行开封、超声波清洗及显微镜分析;运用ANSYS有限元模拟软件,建立TO-220AB封装形式功率VDMOS器件三维模型,在高温循环、功率循环条件下,模拟器件热应力和应变,研究器件失效模式和失效机理。研究结果表明:芯片断裂、裂纹、划痕、烧毁等现象导致器件电性能退化。由于热膨胀系数不匹配,器件各组件之间在交界处会产生的热应力;Al与水中的离子玷污物发生化学反应,会造成键合引线断裂。高温循环与ANSYS软件模拟表明:粘结层烧结不良、空洞不仅引起热阻增大,导致器件热烧毁,而且空洞所对应芯片、引线框架部位所受的应变较大,引起引线框架开裂、鼓包现象,最终导致芯片产生裂纹。功率循环与ANSYS软件模拟表明:由于塑封体与引线框架的热膨胀系数相差较大,在交界面处所受应力、应变较大,引起塑封体与引线框架开裂现象,导致芯片断裂;塑封体中含有水汽,器件漏极引脚上方的塑封体温度较高,容易出现“爆米花”现象。综上所述,由于器件各组件热膨胀系数失配、粘结层缺陷和内部含有水气等情况,会导致器件失效。