[發明專利]定量評估NMOS晶體管焊料層孔隙安全分布區域的方法

在審

• 申請號: 202210477014.7
• 申請日: 2022-05-02
• 公開（公告）號: CN114894838A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 陳凡;劉大鵬;趙容;李娟;陳龍;劉建設
• 申請（專利權）人: 上海精密計量測試研究所
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N15/08
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 余岢

本發明的定量評估NMOS晶體管焊料層孔隙安全分布區域的方法包括：制備一系列焊料層孔隙率相同、孔隙分布位置不同的標定樣品；通過超聲波掃描顯微鏡驗證各標定樣品焊料層孔隙分布情況；采用瞬態熱阻法獲得孔隙位置與熱阻參數的關系；根據孔隙位置與熱阻參數的關系，確定焊料層孔隙的安全分布范圍。本發明根據焊料孔隙?芯片焊盤中心點間距，定量確定焊料層孔隙的安全分布區域，剔除含有顯著影響散熱性能孔隙的器件，保留含有不顯著影響散熱性能孔隙的器件，減少NMOS晶體管不必要的批退、返廠和報廢，提升NMOS晶體管的利用率，解決了傳統方法無法定量評估焊料孔隙位置對NMOS晶體管散熱性能影響程度的不足。

技術領域

本發明涉及電子工程學領域的檢測技術，具體涉及一種定量評估NMOS晶體管焊料層孔隙安全分布區域的方法。

背景技術

在航天用塑封NMOS晶體管的制備過程中，可通過焊料將NMOS芯片連接在金屬基板上，以實現對NMOS芯片的固定和電路導通。NMOS芯片的粘結質量主要由焊料層內部存在的孔隙尺寸、孔隙比例和孔隙分布等因素決定。在老化和服役過程中，NMOS晶體管處于大電流狀態下，焊料層孔隙的存在會顯著增大焊料層的熱阻，降低器件內部散熱路徑的導熱性，造成芯片溫度因散熱不佳而顯著上升。然而，并不是任何位置的孔隙都會顯著增大焊料層的熱阻，降低器件散熱路徑的導熱性。因此，需進一步確定焊料層孔隙的安全分布范圍，剔除含有顯著影響散熱性能孔隙的器件，保留含有不顯著影響散熱性能孔隙的器件，減少NMOS晶體管不必要的批退、返廠和報廢，提升NMOS晶體管的利用率。

目前主要通過X射線法、超聲波掃描顯微鏡法和熱阻測試法來檢測塑封NMOS晶體管焊料層的孔隙。其中，X射線法和超聲波掃描顯微鏡法都只能檢測NMOS晶體管焊料層是否存在孔隙，無法評估焊料層孔隙對器件散熱性能的影響程度。傳統的熱阻測試方法也可檢測器件焊料層內部是否存在孔隙，如專利《一種大功率LED器件固晶層散熱性能的快速評估方法》(申請號201510078344.9)公開了一種檢測器件固晶層是否存在缺陷的方法，該方法提取了表征固晶層的特征參數，有效識別了固晶層中存在的孔隙缺陷。但是該專利也只能定性判斷固晶層中是否存在缺陷，難以評估不同位置的孔隙對器件散熱性能的影響程度，無法確定孔隙的安全分布范圍。只有定量確定不同位置的孔隙對器件散熱性能的影響程度，才能判定特定位置的孔隙是否會顯著影響器件的整體散熱性能，從而有效保留不顯著增加器件熱阻的孔隙，降低器件返廠率和報廢率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種定量評估NMOS晶體管焊料層孔隙安全分布區域的方法，解決現有技術無法評估焊料層不同位置孔隙對器件散熱性能影響程度的問題。

為了達到上述的目的，本發明提供一種定量評估NMOS晶體管焊料層孔隙安全分布區域的方法，包括：制備一系列焊料層孔隙率相同、孔隙分布位置不同的標定樣品；通過超聲波掃描顯微鏡驗證各標定樣品焊料層孔隙分布情況；采用瞬態熱阻法獲得孔隙位置與熱阻參數的關系；根據孔隙位置與熱阻參數的關系，確定焊料層孔隙的安全分布范圍。

上述定量評估NMOS晶體管焊料層孔隙安全分布區域的方法，其中，所述采用瞬態熱阻法獲得孔隙位置與熱阻參數的關系包括：采用瞬態熱阻法測定標定樣品K系數；在瞬態熱阻測試中監測標定樣品PN結電壓降，通過數學變換得到標定樣品的積分函數曲線，提取熱阻參數；疊加各標定樣品的積分函數曲線，確定特定焊料層孔隙率標定樣品的焊料熱阻和總熱阻，獲得焊料層孔隙位置與熱阻參數的關系。