案例分析：基於溫度循環（huán）試驗判斷（duàn）半導體分離（lí）器（qì）件不良現象
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發（fā）布日期： 2020.06.18
例1:待測器件經過1，000小時溫度循環（huán）試驗後測試（shì）結（jié）果顯示電性為開路狀態。通（tōng）過不良品分析實驗，剝離器件外部塑封膠後發現晶片與框架（jià）焊接過程中所（suǒ）使用銀漿在與晶片背麵的焊接區域出現斷裂狀態(圖1)。通（tōng）常半（bàn）導體器件焊接所使用的銀漿的成分為錫/銀/銅，晶片的基材為矽。焊接過程中焊接溫度的設定，銀漿量的控製，晶片的柔片次數，塑封膠注人的壓力等都會對產品的終可靠性造成影響。當器件處於（yú）極端溫度變差及輸入偏壓開關模式下，器件在薄（báo）弱的不同介質結合麵（miàn）會出現開路狀況（kuàng），從而造成器件整體功能（néng）或電路模（mó）塊的失效。如（rú）果各種材料在高低（dī）溫下通過各自的膨脹係數所產（chǎn）生的應力沒有通過結合麵（miàn）之間的綬衝結構得到釋放，這種影響可能會通過銀漿的結合麵將應力傳導到器件為脆弱的晶片內部，造成芯片內部（bù）的物理損傷，隨（suí）著實驗時間的集聚，終造成（chéng）電性的（de）不良，嚴重（chóng）的情況下會顯示出晶（jīng）片的（de）斷裂（liè）或燒毀。
例2:待（dài）測（cè）器件在溫度循環試（shì）驗之後出（chū）現焊接銀漿重新融化現象(圖2) ，在（zài）外力的擠（jǐ）壓下，銀漿流動到晶片表麵，造成器件短路。通常焊接用銀漿的熔點在260℃以上（shàng），銀漿在測試過程中（zhōng）的（de）重新融化現象表明測試過（guò）程中（zhōng）晶片的結溫超出銀漿的融化（huà）所需溫度（dù）。理論上晶片的結溫取決於外部環境溫度（dù）和PN結本身在偏壓作（zuò）用下的溫（wēn）度升高。溫度循環試驗中環境溫度為125℃，當PN結在合理偏壓的設定條件下（xià）器件的結溫不會超出器件的允許結溫設定，一般為150℃或175℃ ，不會出現銀漿重融現象。因為（wéi）焊接（jiē）用銀漿和器件框架均包含金（jīn）屬成（chéng）分，其散熱性能（néng）良好，在正常情（qíng）況下可以將晶片的結溫（wēn）通過銀漿、框架有效傳（chuán）導到器件外部消除結溫過（guò）高對晶片的損害（hài）。
通常的問題出在銀漿焊接過程中流動性不（bú）好造成晶片底（dǐ）部銀漿空洞，當結溫急劇升高時（shí），空洞中的空氣無法將（jiāng）結溫通（tōng）過銀漿有（yǒu）效傳（chuán）導出器件外（wài），造成晶（jīng）片局部；溫度過高出現熱點，導致銀漿的（de）融化。這種現象要求在銀漿焊接的工藝製程中有效控製每顆材（cái）料焊接過程中的單個（gè）空洞麵積和銀（yín）漿總體有效焊接麵積，避免PN結溫度傳遞中的問題。同樣對於器件熱阻較高的產品，當環境溫度升（shēng）高時由於熱阻的（de）迅速升高（gāo），可能遠遠超出產品設計規格，器件的結溫會迅速躥升超出允許結溫，此時過高的溫度會造成銀漿的重新融化，這要求在晶片的設（shè）計過程中通過（guò）工藝（yì）的改進，減少熱阻的影響，從而同時提高產品的工作效率。
從以上實例分析中可以看到溫度循環測試（shì）對（duì）於半導體（tǐ）分離器件在內部不同介質界麵的可靠性測試（shì）中充分反（fǎn）映出（chū）潛在需要提高的問題，為產品的終（zhōng）應用提供有（yǒu）效的評估方法。
