焊接层质量对半导体器件性能影响的研究方法、焊接方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体器件制造领域，特别是涉及一种焊接层质量对半导体器件性能 影响的研究方法W及一种半导体器件中焊接层的焊接方法。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的发展，半导体的应用日益广泛，尤其是在电子系统中，半导体器件 起到越来越重要的作用。
[0003] 绝缘栅双极型晶体管，即IGBT，是常见的一种半导体器件，其兼具金属-氧化层半 导体场效晶体管和双极型晶体管的优点，具有输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开 关速度高、电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强等一系列优点。基于此，IGBT越来越 多的用于大功率电子系统中。但随着电子设备不断地微型化和电子密度的不断提高，IGBT 中元器件的功率密度也在不断提高，如何保证IGBT的可靠性成为了一个重要研究课题。
[0004] 现有技术中IGBT通常包括；基板、芯片W及固定基板与芯片的焊接层。其中，焊接 层作为IGBT的一个组成部件，其质量的好坏与IGBT的可靠性息息相关。而在焊接层的形 成过程中，空洞是很容易形成的，其形成原因主要是助焊剂在界面的截留。现在焊接层中无 铅焊料的使用使得焊接层中空洞的出现更加明显。而焊接层中的空洞的存在将影响焊接的 机械性能，降低导热、导电性能，降低连接强度、延展性、蠕变和疲劳寿命。而且，空洞的生长 可W连接延展裂纹，使的焊接层中容易出现裂缝、分层等失效现象。此外，焊料中的空洞还 可W增加焊点应力应变，同时还会导致局部过热，降低焊点的可靠性，最终导致焊点过早的 失效。
[0005] 由此可见，空洞是焊接中普遍存在的问题。在一些焊接中，空洞率达到5% -20%， 甚至更高的达到了 50%，因此，要保证IGBT的质量就要对焊接层进行检测，了解空洞对 IGBT器件的影响。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种焊接层质量对半导体器件性能影响的研究方法W及一 种半导体器件中焊接层的焊接方法，W 了解焊接层中空洞对半导体器件的影响，改进半导 体器件中焊接层的焊接工艺，提高半导体器件的可靠性。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
[0008] -种焊接层质量对半导体器件性能影响的研究方法，包括：
[0009] 建立半导体器件模型，所述半导体器件模型包括：基板、芯片W及位于所述基板与 芯片之间的焊接层；
[0010] 固定所述焊接层的空洞位置，改变所述焊接层中的空洞率，检测所述半导体器件 模型的温度，获得焊接层中的空洞率对半导体器件温度的影响；
[0011] 固定所述焊接层中的空洞率，改变所述焊接层中空洞的位置，检测所述半导体器 件模型的温度和应力分布，获得所述焊接层中的空洞位置对半导体器件温度和应力分布的 影响；
[0012] 固定所述焊接层的空洞率和空洞位置，改变所述焊接层的厚度，检测所述半导体 器件模型温度和应力分布，获得所述焊接层的厚度对所述半导体器件温度和应力分布的影 响；
[0013] 根据上述焊接层的厚度、空洞位置W及空洞率对半导体器件性能的影响，获得焊 接层质量对半导体器件的性能影响的研究结果。
[0014] 优选地，固定所述焊接层的空洞位置，改变所述焊接层中的空洞率，检测所述半导 体器件模型的温度，获得焊接层中的空洞率对半导体器件温度的影响包括：
[0015] 将所述焊接层中的空洞设置于所述焊接层的中必位置；
[0016] 改变所述焊接层中的空洞率，检测所述半导体器件模型在不同空洞率下的温度；
[0017] 根据所述半导体器件模型在不同空洞率下的温度，获得焊接层中的空洞率对半导 体器件温度的影响。
[0018] 优选地，改变所述焊接层中的空洞率，检测所述半导体器件模型在不同空洞率下 的温度包括：
[0019] 将所述焊接层中的空洞率依次设置为0%、3%、5%、10%、20%、50%、70%，检测 所述半导体器件模型在各个空洞率下的温度。
[0020] 优选地，固定所述焊接层中的空洞率，改变所述焊接层中空洞的位置，检测所述半 导体器件模型的温度和应力分布，获得所述焊接层中的空洞位置对半导体器件温度的影响 包括：
[0021] 将所述焊接层中的空洞率设置为3%，改变所述焊接层中空洞的位置，检测所述半 导体器件模型在不同空洞位置下的温度；
[0022] 将所述焊接层中的空洞率设置为5%，改变所述焊接层中空洞的位置，检测所述半 导体器件模型在不同空洞位置下的应力分布；
[0023] 根据所述半导体器件模型在不同空洞位置下的温度和应力分布，获得所述焊接层 中的空洞位置对半导体器件温度和应力分布的影响。
[0024] 优选地，改变所述焊接层中空洞的位置，检测所述半导体器件模型在不同空洞位 置下的温度和应力分布包括：
[00巧]依次将所述焊接层中的空洞位置设置在所述焊接层对角线的不同位置，检测所述 半导体器件模型在不同空洞位置下的温度和应力分布。
[0026] 优选地，固定所述焊接层的空洞率和空洞位置，改变所述焊接层的厚度，检测所述 半导体器件模型温度和应力分布，获得所述焊接层的厚度对所述半导体器件温度和应力分 布的影响包括：
[0027] 将所述焊接层中的空洞率设置为0%，即所述焊接层中无空洞；
[0028] 改变所述焊接层的厚度，检测所述半导体器件模型温度和应力分布；
[0029] 根据所述半导体模型不同焊接层厚度下的温度和应力分布，获得所述焊接层的厚 度对所述半导体器件温度和应力分布的影响。
[0030] 优选地，改变所述焊接层的厚度，检测所述半导体器件模型温度和应力分布包 括：
[0031] 将所述焊接层的厚度从0. 035mm逐渐增大到0. 055mm，每增加0. 005mm，检测一次 所述半导体器件模型温度和应力分布。
[0032] 优选地，改变所述焊接层的材料，重复上述研究方法，验证所述研究方法获得的焊 接层质量对半导体器件的性能影响的研究结果。
[0033] -种半导体器件中焊接层的焊接方法，包括：
[0034] 根据所述的焊接层质量对半导体器件性能影响的研究方法中获得的焊接层质量 对半导体器件的性能影响的研究结果，获得所述焊接层焊接时提高焊接质量的方法；
[0035] 根据所述焊接层焊接时提高焊接质量的方法，焊接所述焊接层。
[0036] 与现有技术相比，上述技术方案具有W下优点：
[0037] 本发明实施例所提供的焊接层质量对半导体器件性能影响的研究方法，包括：建 立半导体器件模型，所述半导体器件模型包括：基板、芯片W及位于所述基板与芯片之间的 焊接层；固定所述焊接层的空洞位置，改变所述焊接层中的空洞率，检测所述半导体器件模 型的温度，获得焊接层中的空洞率对半导体器件温度的影响；固定所述焊接层中的空洞率， 改变所述焊接层中空洞的位置，检测所述半导体器件模型的温度和应力分布，获得所述焊 接层中的空洞位置对半导体器件温度和应力分布的影响；固定所述焊接层的空洞率和空洞 位置，改变所述焊接层的厚度，检测所述半导体器件模型温度和应力分布，获得所述焊接层 的厚度对所述半导体器件温度和应力分布的影响；根据上述焊接层的厚度、空洞位置W及 空洞率对半导体器件性能的影响，获得焊接层质量对半导体器件的性能影响的研究结果。
[0038] 由此可见，利用本发明实施例所提供的焊接层质量对半导体器件性能影响的研究 方法，可W分析焊接层中空洞的多少、空洞的分布W及焊接层厚度对半导体器件的温度和 应力分布影响，从而可W根据该分析结果了解焊接层中空洞对半导体器件的影响，改进半 导体器件中焊接层的焊接工艺，提高半导体器件的可靠性。
【附图说明】
[0039] 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W根据 送些附图获得其他的附图。
[0040] 图1为扫描式声学显微镜对IGBT器件中焊接层的扫描示意图；
[0041] 图2为本发明一种【具体实施方式】所提供的焊接层质量对半导体器件性能影响的 研究方法的流程图；
[0042] 图3为本发明一种【具体实施方式】所提供的半导体器件模型的结构示意图；
[0043] 图4为焊接层