功率器件热结构缺陷分析
C－SAN（声学扫描）、X－RAY分析应用（一）
——功率器件热结构缺陷分析
编写：李少平
功率器件工作时消耗电功率，并将电能率转变热能，功率器件产生的热功率等于消耗的电功率，如三极管的热功率为VCE×IC、场效应管的热功率为VDS×ID、三端稳压器的热功率为（Vi－Vo）×Io、整流二极管的热功率为VD×ID。
功率器件工作中产生的热通过芯片的烧结料——过渡片或陶瓷片（有的器件有此结构，有的器件无此结构）——管壳——散热器（或空气）传输。
功率器件的热结构示意图将图1，功率器件结到壳的热传输性能通常用热阻RTjc表示，RTjc由芯片的烧结界面、过渡片或陶瓷基片（如果存在的话）的烧结质量，烧结材料及过渡片或陶瓷基片的导热性能等决定。
http://www.kekaoxing.com/dede/upimg/allimg/061221/1133120.jpg
A无过渡片热路径示意图B过渡片或陶瓷比片结构的热路径示意图
图1功率器件热传输路径示意图
如果功率器件界面烧结存在缺陷，直接影响功率器件RTjc。
P＝（Tj－Tc）/Rjc
Tj＝P×Rjc＋Tc
由于功率器件存在热缺陷，引起Rjc增大，导致功率器件在正常工作时结温度更高。功率器件结温高，将降低功率器件的工作寿命，热结构缺陷严重时，
可引起功率器件正常工作时结温度过高而产生热奔击穿失效。
功率器件热缺陷通常为：烧结缺陷包括烧结材料空洞和烧结界面两种不同金属不能形成良好的金属间化合物。
热性能参数通常不是功率器件出厂前的必检参数，而功率器件的电参数不能直接显示热缺陷状态，因此，如果烧结工艺出现异常，出厂的产品比较难从电性能参数的的检测发现热结构缺陷。
因此，在失效的功率器件中，属于芯片烧结缺陷引起的芯片过热失效的比例大。
功率器件热结构缺陷分析案例
①3DF10C金属封装大功率三极管热结构缺陷案例：
样品外观检图2，样品在整机开展试验的时候发生失效。http://KêKaoXing.com。
失效样品经C－SAN（声学扫描）观察发现，芯片烧结界面存在大量空洞，严重者，几乎整个烧结面都不能形成有效的烧结。C－SAN形貌见图3、图4。
X－RAY观察可见芯片烧结明显存在空洞，典型X－RAY形貌见图5。
样品经开封后，内部观察可见，芯片的烧结料严重流失，见图6。
用机械的方法分离芯片烧结界面，发现芯片轻易与壳脱离，芯片未发生破裂现象，进一步证明芯片的烧结质量极差，芯片与壳分离的形貌见图7。
http://www.kekaoxing.com/dede/upimg/allimg/061221/1133121.jpg
http://www.kekaoxing.com/dede/upimg/allimg/061221/1133122.jpg
http://www.kekaoxing.com/dede/upimg/allimg/061221/1133123.jpg
2失效样品外观形貌
芯片表面呈现过热击穿特征，见图8。
http://www.kekaoxing.com/dede/upimg/allimg/061221/1133124.jpg
图8芯片表面呈现过热击穿形貌
案例提示：
功率器件工作过程中产生热量，热量必须通过有效的途径传输到管壳，然后由管壳传输到外部散热器或空气中，如果功率器件热结构存在缺陷，显然引起芯片结温显著上升，结温上述结果：或缩短功率器件的寿命，或直接引起芯片过热而热奔失效，案例显示，C－SAN、X－RAY是分析功率器件热结构缺陷的有效手段。
功率器件结温不能（或难以）直接进行检测，热阻RTjc的检测复杂，可采用C－SAN观察分析，并结合X－RAY的观察结果，评价功率器件的热结构。
C－SAN、X－RAY均属于无损分析、检测，适应于功率器件批抽样检测，也适应于对怀疑批开展100％的筛选。芯片边，芯片烧结面形貌
页:
[1]