分立器件封装分层失效分析-超声波SAM技术

在半导体领域，分立器件是进行能量转化与应用的器件，是电力电子技术发展的核心。近些年，随着我国半导体技术生产技术的重视。新能源产业的蓬勃发展，人们对能量的转化和应用的管理需求也逐渐增加。在对电压、电流的运用控制方面，功率器件起到了至关重要的作用。功率器件及装置在新型电力电子器件已经广泛应用于电机控制、逆变器、变频器、新能源汽车、轨道交通、太阳能发电及风力发电等领域中将发挥重要作用。其中代表性功率器件有MOSFET、IGBT。功率器件工作时环境为大功率、高电流、电压、高频次、高热度等复杂环境，因此对产品质量和稳定性要求较高。对与功率器件制造封装工艺本身要求都是极为严苛的。Hiwave就功率电子元器件和功率模组分层缺陷失效分析和超声SAM检测技术应用展开论述。

功率器件封装体是由芯片等组成，引线，承载体（框架或者基板）等材料组成。这次不同材料由于材质不同，工件在工作中产产生的温度变化时的膨胀系数不一致，会导致在接合面存在内应力的问题。如果内应力过大，会导致分层，开路，裂片等一些失效。更严重的情况下，在大尺寸封装体上会出现明显的翘曲。超声波扫描显微镜SAM检测是分析功率器件内部缺陷的常用设备。

单管IGBT元器件Hiwave水浸超声SAM检测

超声波扫描显微镜（SAM）常用于在质量保证及可靠性分析以及研发等领域。是评判制造业技术优劣的重要仪器仪表。可检测电子元器件、复合材料内部缺陷、锂电池电解液分布、金属基板的分层、裂纹等缺陷(裂纹、分层、空洞等)。通过图像对比度判别材料内部声阻抗差异、确定缺陷形状和尺寸、确定缺陷方位，检测精度可达微米级别。与X-ray射线检测相比，超声波扫描技术具有灵敏度高、适用范围广、检测成本低，检测速度快、可对缺陷定性定量分析、对人体和环境无害等优点。

在JEDEC 标准中，对于分层的定义为“Delamination An interfacial separation between two materials intended to be bonded“，翻译为分层是用于连接的两个材料间在交界面出现的一种分离。通俗的讲，就是不同物质在接合面因为各种因素导致应该连接在一起的地方出现了分离，这种分离有可能导致产品失效或者存在可靠性风险的现象。但可不要小看这种分层缺陷造成的影响；在人们使用的场景中客户会产生“马蹄钉效应”，假如带有不良分层的功率器件被应用于新能源汽车上造成分立器件失控，带给人们的后果是很巨大的。

Hiwave超声扫描显微镜设备检测立器件内部典型分层缺陷

超声波传播过程遵循折射，反射和衍射原理。超声波从一种介质传播到另一种介质时，在两种介质到分界面处，一部分能量反射原介质内，称为反射波；另一部分能量透过界面在另一种介质内传播，称透射波。在界面上声能（声压、声强）的分布和传播方向变化遵循一定的规律。通过对超声波透射波以及反射波信号进行计算机软件图像化处理，便可以得到器件内部结合层的完整超声强度图像，缺陷处诸如（裂纹、分层、空洞、气泡）等会出现异常波信号，在Hiwave超声扫描显微镜设备检测的，超声C扫描灰度图中体现为发亮异常区域。

Hiwave超声扫描显微镜检测车规级IGBT功率模块分层缺陷

从Hiwave超声波扫描显微镜实际检测案例中我们可以明显看到，通过利用超声SAM在半导体分立器件内部分层检测图像中，以清晰辨析出内部封装不良分层、裂纹等异常物理缺陷。也标志着我国在半导体先进检测设备领域技术更进一个台阶。