本發(fā)明為半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種器件熱傳導(dǎo)無損失效分析方法及裝置。

背景技術(shù)：

功率器件工作過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱，為防止過熱燒毀，器件需具有較好地散熱性能。因此，器件的熱阻值不能超過標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)熱阻超標(biāo)器件需進(jìn)行失效分析，且在很多情況下，失效樣品不能被破壞，只能通過無損檢測(cè)方式進(jìn)行?，F(xiàn)有的功率器件熱阻超標(biāo)無損失效分析主要是利用X-Ray透視儀或SAM實(shí)現(xiàn)，即通過X射線或超聲波對(duì)器件進(jìn)行掃描，根據(jù)X射線或超聲波在器件內(nèi)各層的透射和反射情況，擬合各層形貌，以檢測(cè)器件內(nèi)部各層的結(jié)構(gòu)缺陷，進(jìn)而確定器件熱阻超標(biāo)失效原因。

然而，對(duì)于厚金屬封裝(如TO-254AA等封裝形式)的功率器件，因其管殼較厚，甚至管殼本身就包含多層結(jié)構(gòu)，X-Ray透視儀或SAM不能完全穿透管殼，因此無法有效觀測(cè)器件內(nèi)部各層的結(jié)構(gòu)缺陷，需要進(jìn)行破環(huán)性失效分析。

也就是說，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于厚金屬封裝的功率器件，存在難以進(jìn)行無損分析，僅能進(jìn)行破壞性失效分析的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過提供一種器件熱傳導(dǎo)無損失效分析方法及裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于厚金屬封裝的功率器件，存在的難以進(jìn)行無損分析，僅能進(jìn)行破壞性失效分析的技術(shù)問題。

一方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案：

一種器件熱傳導(dǎo)無損失效分析方法，包括：

獲取待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線；

比對(duì)所述待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線和合格器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線，以確定所述待分析器件的熱阻異常層；

采用X射線電子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法，對(duì)所述熱阻異常層進(jìn)行結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)；

根據(jù)所述結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)結(jié)果，確定所述熱阻異常層的失效原因。

可選的，所述結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線，包括：積分函數(shù)曲線和微分函數(shù)曲線。

可選的，所述結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線上包括N個(gè)拐點(diǎn)，所述N個(gè)拐點(diǎn)中相鄰兩拐點(diǎn)間的曲線為一曲線段；所述N個(gè)拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)所述待分析器件的N個(gè)層間界面；所述曲線段對(duì)應(yīng)所述待分析器件的結(jié)構(gòu)層；N為正整數(shù)；所述比對(duì)所述待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線和合格器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線，以確定所述待分析器件的熱阻異常層，包括：按曲線段，分段對(duì)應(yīng)比對(duì)所述待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線和合格器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線，以所述待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線上的異常曲線段對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)層為所述熱阻異常層。

可選的，所述結(jié)構(gòu)層包括以下一種或多種的組合：芯片層、焊料層、過渡片層、絕緣片層、底座層、導(dǎo)熱膠層或冷卻基板層。

可選的，所述根據(jù)所述結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)結(jié)果，確定所述熱阻異常層的失效原因，包括：比對(duì)所述結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)結(jié)果和合格器件的圖像重構(gòu)信息，確定所述熱阻異常層的失效原因。

可選的，所述方法應(yīng)用于厚金屬封裝功率器件。

另一方面，提供一種器件熱傳導(dǎo)無損失效分析裝置，包括：

獲取模塊，用于獲取待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線；

比對(duì)模塊，用于比對(duì)所述待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線和合格器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線，以確定所述待分析器件的熱阻異常層；

重構(gòu)模塊，用于采用X射線電子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法，對(duì)所述熱阻異常層進(jìn)行結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)；

確定模塊，用于根據(jù)所述結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)結(jié)果，確定所述熱阻異常層的失效原因。

可選的，所述比對(duì)模塊還用于：按曲線段，分段對(duì)應(yīng)比對(duì)所述待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線和合格器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線，以所述待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線上的異常曲線段對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)層為所述熱阻異常層。

可選的，所述確定模塊還用于：比對(duì)所述結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)結(jié)果和合格器件的圖像重構(gòu)信息，確定所述熱阻異常層的失效原因。

本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

本申請(qǐng)實(shí)施例提供的方法及裝置，先獲取表征待分析器件各層的熱傳導(dǎo)情況的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線；再根據(jù)與合格器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線的比對(duì)來確定出熱阻異常層，再采用X射線電子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法，對(duì)所述熱阻異常層進(jìn)行結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)，從而確定所述熱阻異常層的失效原因，不僅解決了現(xiàn)有厚金屬封裝的功率器件難以穿透觀察，需要使用破壞分析方法的問題，還避免了通過X射線電子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法逐層掃描的耗時(shí)和耗成本長(zhǎng)的問題，實(shí)現(xiàn)了一種適用于厚金屬封裝功率器件的非破壞性的節(jié)約時(shí)間和分析成本的失效分析方法。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例中器件熱傳導(dǎo)無損失效分析方法的流程圖；

圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例中示例器件的管殼示意圖；

圖3為本申請(qǐng)實(shí)施例中示例器件的熱傳導(dǎo)界面示意圖；

圖4為本申請(qǐng)實(shí)施例中待分析器件和合格器件的積分函數(shù)曲線比對(duì)圖；

圖5為本申請(qǐng)實(shí)施例中待分析器件和合格器件的微分函數(shù)曲線比對(duì)圖；

圖6為本申請(qǐng)實(shí)施例中合格器件采用X射線電子計(jì)算機(jī)斷層掃描(X-Computed Tomography，X-CT)進(jìn)行結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)的示意圖；

圖7為本申請(qǐng)實(shí)施例中待分析器件采用X-CT進(jìn)行結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)的示意圖；

圖8為本申請(qǐng)實(shí)施例中器件熱傳導(dǎo)無損失效分析裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本申請(qǐng)實(shí)施例通過提供一種器件熱傳導(dǎo)無損失效分析方法及裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于厚金屬封裝的功率器件，存在的難以進(jìn)行無損分析，僅能進(jìn)行破壞性失效分析的技術(shù)問題。提供了一種適用于厚金屬封裝功率器件的非破壞性的節(jié)約時(shí)間和分析成本的失效分析方法。

為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)實(shí)施例提供技術(shù)方案的總體思路如下：

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N器件熱傳導(dǎo)無損失效分析方法，包括：

獲取待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線；

比對(duì)所述待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線和合格器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線，以確定所述待分析器件的熱阻異常層；

采用X射線電子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法，對(duì)所述熱阻異常層進(jìn)行結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)；

根據(jù)所述結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)結(jié)果，確定所述熱阻異常層的失效原因。

通過上述內(nèi)容可以看出，先獲取表征待分析器件各層的熱傳導(dǎo)情況的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線；再根據(jù)與合格器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線的比對(duì)來確定出熱阻異常層，再采用X射線電子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法，對(duì)所述熱阻異常層進(jìn)行結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)，從而確定所述熱阻異常層的失效原因，不僅解決了現(xiàn)有厚金屬封裝的功率器件難以穿透觀察，需要使用破壞分析方法的問題，還避免了通過X射線電子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法逐層掃描的耗時(shí)和耗成本長(zhǎng)的問題，實(shí)現(xiàn)了一種適用于厚金屬封裝功率器件的非破壞性的節(jié)約時(shí)間和分析成本的失效分析方法。

為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實(shí)施方式對(duì)上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體特征是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的詳細(xì)的說明，而不是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)實(shí)施例以及實(shí)施例中的技術(shù)特征可以相互組合。

實(shí)施例一

在本實(shí)施例中，提供了一種器件熱傳導(dǎo)無損失效分析方法，如圖1所述，所述方法包括：

步驟S101，獲取待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線；

步驟S102，比對(duì)所述待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線和合格器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線，以確定所述待分析器件的熱阻異常層；

步驟S103，采用X射線電子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法，對(duì)所述熱阻異常層進(jìn)行結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)；

步驟S104，根據(jù)所述結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)結(jié)果，確定所述熱阻異常層的失效原因。

需要說明的是，本申請(qǐng)?zhí)峁┑姆椒ㄓ葹檫m用于厚金屬封裝功率器件，因?yàn)楹窠饘俜庋b功率器件難以采用常規(guī)非破壞性分析方法來逐層分析，當(dāng)然，在具體實(shí)施過程中，所述方法也可以運(yùn)用于普通功率器件，或塑封器件，在此不作限制。

下面，以所述待分析器件為采用TO-254AA封裝的VDMOS器件為例，結(jié)合圖1-7來詳細(xì)介紹本申請(qǐng)?zhí)峁┑姆椒ǎ?/p>

采用TO-254AA封裝的VDMOS器件管殼示意圖如圖2所示。芯片通過鉛錫銀焊料與管殼過渡片燒結(jié)在一起。器件在工作狀態(tài)下主要通過熱傳導(dǎo)的方式散熱，其熱傳導(dǎo)界面示意圖如圖3所示。器件產(chǎn)生的熱量從結(jié)到殼傳輸需穿過芯片層、焊料層和管殼層，其中所述管殼層包含過渡片、絕緣片和底座。

首先，執(zhí)行步驟S101，獲取待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線。

在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線，包括：積分函數(shù)曲線和微分函數(shù)曲線。所述結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線上包括N個(gè)拐點(diǎn)，所述N個(gè)拐點(diǎn)中相鄰兩拐點(diǎn)間的曲線為一曲線段；所述N個(gè)拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)所述待分析器件的N個(gè)層間界面；所述曲線段對(duì)應(yīng)所述待分析器件的結(jié)構(gòu)層；N為正整數(shù)。

具體來講，可以取合格器件和待分析的失效器件進(jìn)行結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線對(duì)比測(cè)試，測(cè)試過程中管殼放置于冷卻基板上，且管殼與冷卻基板間涂導(dǎo)熱膠。測(cè)試結(jié)果如圖4和圖5所示，結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線包含圖4所示的積分函數(shù)曲線和圖5所示的微分函數(shù)曲線，兩者是相對(duì)應(yīng)的。器件熱傳導(dǎo)路徑上各層材料熱特性是不同的，因此積分和微分函數(shù)曲線上的拐點(diǎn)即為各層間的界面，即圖4和圖5中，結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線上各段曲線從左到右依次代表芯片層、焊料層、過渡片、絕緣片、底座、導(dǎo)熱膠、冷卻基板等的熱特性。

再下來，執(zhí)行步驟S102，比對(duì)所述待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線和合格器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線，以確定所述待分析器件的熱阻異常層。

在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述比對(duì)所述待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線和合格器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線，以確定所述待分析器件的熱阻異常層，包括：

按曲線段，分段對(duì)應(yīng)比對(duì)所述待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線和合格器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線，以所述待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線上的異常曲線段對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)層為所述熱阻異常層。

在具體實(shí)施過程中，所述結(jié)構(gòu)層包括以下一種或多種的組合：

塑封層、芯片層、焊料層、過渡片層、絕緣片層、底座層、導(dǎo)熱膠層或冷卻基板層。

具體來講，從圖4和圖5的對(duì)比中可以看出，與合格器件相比，待分析的失效器件的熱阻異常層主要是焊料層。

再下來，執(zhí)行步驟S103，采用X射線電子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法，對(duì)所述熱阻異常層進(jìn)行結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)。

具體來講，由于普通的X射線從器件正面和背面均無法有效穿透，而X-CT是一種3D X射線技術(shù)，它可以從側(cè)面的不同角度穿透器件，再通過不同角度透射X射線特性的轉(zhuǎn)換和組合，實(shí)現(xiàn)器件內(nèi)部某層形貌圖像的重構(gòu)。

在具體實(shí)施過程中，通過X-CT進(jìn)行結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)獲得的圖像如圖6和圖7所示。

再下來，執(zhí)行步驟S104，根據(jù)所述結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)結(jié)果，確定所述熱阻異常層的失效原因。

在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述根據(jù)所述結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)結(jié)果，確定所述熱阻異常層的失效原因，包括：

比對(duì)所述結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)結(jié)果和合格器件的圖像重構(gòu)信息，確定所述熱阻異常層的失效原因。

具體來講，結(jié)合采用TO-254AA封裝的VDMOS器件的具體實(shí)例，在經(jīng)驗(yàn)足夠的情況下，可以僅對(duì)待分析失效器件進(jìn)行X-CT焊料層圖像重構(gòu)；也可以對(duì)合格器件和待分析的失效器件均進(jìn)行X-CT焊料層圖像重構(gòu)，再通過對(duì)比來確定熱阻異常層的失效原因。

圖6為合格器件的焊料層圖像重構(gòu)，圖7為待分析失效器件的焊料層圖像重構(gòu)，從圖6和圖7中可以看出，合格器件的焊料層相對(duì)均勻完整，而失效器件的焊料層存在許多空洞。器件在貼片過程中，焊料過少、擠壓焊料力不足、芯片背面金屬層被氧化或污染、過渡片被氧化或污染以及貼片工藝參數(shù)不當(dāng)?shù)仍蚓鶗?huì)導(dǎo)致焊料層氣體無法被完全排出，產(chǎn)生焊料層空洞。

再結(jié)合理論知識(shí)，器件焊料層熱阻可由下式計(jì)算得出：R_T＝L/kA，其中，R_T為熱阻值；L為焊料層厚度；k為焊料層材料熱導(dǎo)率；A為焊料層熱傳導(dǎo)界面接觸面積。由于，空洞部位填充氣體的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)低于焊料層，熱量主要由焊料層向管殼層傳播。由于芯片焊料層存在空洞，則焊料層橫截面減小，即A減小。因此，可得出芯片焊料層熱阻增大，進(jìn)而導(dǎo)致器件熱阻超標(biāo)失效的失效原因分析結(jié)果。

具體來講，本申請(qǐng)?zhí)峁┑姆椒ㄍㄟ^結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線測(cè)試與X-CT圖像重構(gòu)相結(jié)合的方法，精確探測(cè)厚金屬封裝熱阻超標(biāo)功率器件內(nèi)部缺陷層的位置和狀態(tài)?？山鉀Q傳統(tǒng)X-Ray透射儀和SAM方法無法穿透厚金屬封裝管殼的問題，且該方法屬于無損檢測(cè)分析方法，可以在不破壞器件的前提下，完成厚金屬封裝功率器件熱阻超標(biāo)失效分析，確定器件失效原因和改進(jìn)措施。且不需要逐層進(jìn)行掃描構(gòu)圖，減少了分析時(shí)間和分析成本。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本申請(qǐng)?zhí)峁┝藢?shí)施例一中方法對(duì)應(yīng)的裝置，詳見實(shí)施例二。

實(shí)施例二

在實(shí)施例中，提供了一種器件熱傳導(dǎo)無損失效分析裝置，如圖8所示，所述裝置包括：

獲取模塊801，用于獲取待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線；

比對(duì)模塊802，用于比對(duì)所述待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線和合格器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線，以確定所述待分析器件的熱阻異常層；

重構(gòu)模塊803，用于采用X射線電子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法，對(duì)所述熱阻異常層進(jìn)行結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)；

確定模塊804，用于根據(jù)所述結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)結(jié)果，確定所述熱阻異常層的失效原因。

需要說明的是，本申請(qǐng)?zhí)峁┑难b置尤為適用于厚金屬封裝功率器件，因?yàn)楹窠饘俜庋b功率器件難以采用常規(guī)非破壞性分析方法來逐層分析，當(dāng)然，在具體實(shí)施過程中，所述方法也可以運(yùn)用于普通功率器件，或塑封器件，在此不作限制。

在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述比對(duì)模塊802還用于：

按曲線段，分段對(duì)應(yīng)比對(duì)所述待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線和合格器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線，以所述待分析器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線上的異常曲線段對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)層為所述熱阻異常層。

在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述確定模塊804還用于：

比對(duì)所述結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)結(jié)果和合格器件的圖像重構(gòu)信息，確定所述熱阻異常層的失效原因。

上述本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案，至少具有如下的技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

本申請(qǐng)實(shí)施例提供的方法及裝置，先獲取表征待分析器件各層的熱傳導(dǎo)情況的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線；再根據(jù)與合格器件的結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線的比對(duì)來確定出熱阻異常層，再采用X射線電子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法，對(duì)所述熱阻異常層進(jìn)行結(jié)構(gòu)圖像重構(gòu)，從而確定所述熱阻異常層的失效原因，不僅解決了現(xiàn)有厚金屬封裝的功率器件難以穿透觀察，需要使用破壞分析方法的問題，還避免了通過X射線電子計(jì)算機(jī)斷層掃描方法逐層掃描的耗時(shí)和耗成本長(zhǎng)的問題，實(shí)現(xiàn)了一種適用于厚金屬封裝功率器件的非破壞性的節(jié)約時(shí)間和分析成本的失效分析方法。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。