半导体器件封装结构的检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体技术领域，更具体地说，涉及一种半导体器件封装失效的检测 方法。
【背景技术】
[0002] 半导体器件封装结构一般是由多种材料组成，以IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)模块为例，其结构如图1所示，包括：基板101，位于基板 101 -面上的第一焊层102,位于第一焊层102上的第一金属层103,位于第一金属层103上 的陶瓷层104,位于陶瓷层104上的第二金属层，该第二金属层包括相互之间电性绝缘的第 一部分105和第二部分106,位于第二金属层的第一部分105上的第二焊层107,位于第二 焊层107上的IGBT芯片108,和电连接IGBT芯片108和第二金属层的第二部分106的引线 109。
[0003] 半导体器件在封装过程中可能会引入夹杂物、附着物等杂质，封装结构中出现空 洞等问题，在工作过程中施加功率的变化或外界环境温度的变化等因素，这些均会引起封 装结构热膨胀系数不同的各种材料产生不同的热应力，进而导致封装结构出现裂纹、分层 等问题。当湿度较高或封装结构接触到焊剂、清洁剂等物质时，裂纹、分层等就成为潮气入 侵的通路，潮气入侵引起化学反应，会使器件性能劣化，导致半导体器件封装失效。
[0004] 因此，需要对器件封装结构进行检测，以判断器件封装结构是否失效，并定位失效 位置。无损失效分析技术是半导体器件封装结构检测方法的一个主要发展方向，该技术可 实现不必打开封装，对待测封装结构进行失效定位和失效分析。
[0005] 无损失效分析方法可采用不同的技术实现，目前常用的主要有：X射线透视技术 和反射式扫描声学显微技术。X射线透视技术是根据待测封装结构不同部位对X射线吸收 率和透射率的不同，利用X射线通过待测封装结构各部位衰减后的射线强度，来检测待测 封装结构内部缺陷的一种方法；透过待测封装结构各部位材料的X射线的强度随材料对X 射线的吸收系数和厚度呈指数衰减，衰减的程度与待测封装结构各部位材料的品种、厚度 和密度有关，材料的内部结构和缺陷对应产生灰黑度不同的X射线影像图，通过观察该影 像图可实现对待测封装结构的失效定位和分析。扫描声学显微技术是利用超声波在介质中 传输时，遇到不同密度或弹性系数的物质，会产生反射回波，而反射回波强度会因为材料密 度的不同而有所差异的原理，向待测封装结构输出由压电换能器产生的超声波，将接收到 的信号转化成图像，以高密度区为背景，待测封装结构中有空洞、裂缝、不良粘接和分层剥 离等问题的位置会产生高的衬度，十分容易从背景中区分出来，得到失效定位和分析的结 果。
[0006] 上述两种对半导体器件封装结构的检测方法虽然能够做到无损检测，但是，X射线 透视技术中，X射线对某些密度大的金属合金(如：含铅金属、过厚的材料）等并不能有效的 穿透，导致检测结果不准确，且X射线在使用过程中存在安全隐患，而扫描声学显微镜技术 中，所用到的压电换能器价格昂贵且需要保养，导致检测成本较高。
【发明内容】
[0007] 本发明提供了一种半导体器件封装结构的检测方法，以在提高检测结果的准确 性、降低检测过程的安全隐患、降低检测成本的基础上，实现对半导体封装器件的无损检 测。
[0008] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
[0009] -种半导体器件封装结构的检测方法，包括：利用热阻测试仪检测待测的半导体 器件封装结构，得到所述半导体器件封装结构的第一微分热阻结构函数曲线，所述第一微 分热阻结构函数曲线包括多段首尾相连的层结构曲线，每段所述层结构曲线均表示所述半 导体器件封装结构的一层结构；对所述半导体器件封装结构进行失效试验；利用热阻测试 仪检测所述半导体器件封装结构，得到所述半导体器件封装结构的第二微分热阻结构函数 曲线，所述第二微分热阻结构函数曲线包括多段首尾相连的层结构曲线，每段所述层结构 曲线均表示所述半导体器件封装结构的一层结构；比较所述第一微分热阻结构函数曲线 和第二微分热阻函数曲线，若所述第二微分热阻结构函数曲线相对于所述第一微分热阻结 构函数曲线各点的偏离度均小于或等于偏离度阈值，则判断所述半导体器件封装结构未失 效，若所述第二微分热阻结构函数曲线相对于所述第一微分热阻结构函数曲线存在偏离度 大于所述偏离度阈值的点，则判断所述半导体器件封装结构失效，偏离度大于所述偏离度 阈值的点所在的层结构曲线表示的层结构为所述半导体器件封装结构的失效部位。
[0010] 优选的，所述偏离度阈值小于或等于30%。
[0011] 优选的，所述偏离度阈值小于或等于10%。
[0012] 优选的，每段所述层结构曲线的斜率的变化范围为-0. 2~0. 2。
[0013] 优选的，所述失效试验的持续时间为3~24小时。
[0014] 优选的，所述半导体器件封装结构包括：基板；位于所述基板一面上的第一焊层； 位于所述第一焊层上的第一金属层；位于所述第一金属层上的陶瓷层；位于所述陶瓷层上 的第二金属层，所述第二金属层包括相互之间电性绝缘的第一部分和第二部分；位于所述 第二金属层的第一部分上的第二焊层；位于所述第二焊层上的半导体芯片；电连接所述半 导体芯片和所述第二金属层的第二部分的引线。
[0015] 优选的，所述第一微分热阻结构函数曲线和第二微分热阻结构函数曲线均包括7 段所述层结构曲线。
[0016] 优选的，所述半导体芯片为绝缘栅双极型晶体管芯片。
[0017] 与现有技术相比，本发明所提供的技术方案至少具有以下优点：
[0018] 本发明所提供的半导体器件封装结构的检测方法，利用热阻测试仪测试得到半导 体器件封装结构正常时和进行失效试验后的微分热阻结构函数曲线。由于封装结构中各层 结构的材料不同，沿半导体芯片至基板这一热流传导路径，各层结构的热容和热阻也各不 相同，因此两条曲线均包括多段首尾相连的层结构曲线，每段层结构曲线均表示封装结构 中的一层结构，对比两条曲线，若两条曲线基本重合（即各处变化趋势基本相同）则说明半 导体器件封装结构进行失效试验后的热传导性质与正常情况下相同，即该半导体器件未失 效，若两条曲线在某处的偏差较大，则说明该半导体器件封装结构进行失效试验后的热传 导性质产生了变化，封装结构中可能存在裂纹、分层等问题，即该半导体器件已经失效，出 现较大偏差的部位所表示的层结构即为该半导体器件封装结构的失效位置。相对于现有技 术中的利用X射线透视技术检测半导体器件封装结构的方法，本发明所提供的方法避免了 X射线对某些密度大的金属合金等并不能有效的穿透导致检测结果不准确和X射线存在安 全隐患的问题，相对于现有技术中的反射式扫描声学显微镜，本发明所提供的方法所需要 的设备仅为热阻测试仪，其价格和所需的保养成本低得多，因此，本发明所提供的方法能够 在提高检测结果的准确性、降低检测过程的安全隐患、降低检测成本的基础上，实现对半导 体封装器件的无损检测。
【附图说明】
[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0020] 图1为现有技术中半导体器件封装结构的结构示意图；
[0021] 图2为本发明实施例所提供的积分热阻结构函数曲线图；
[0022] 图3为本发明实施例所提供的微分热阻结构函数曲线图；
[0023] 图4为本发明实施例所提供的第一微分热阻结构函数曲线与第二微分热阻结构 函数曲线的对比图；
[0024] 图5为本发明实施例所提供的一种半导体器件封装结构的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025] 为使本发明的上述目的