一种功率模块连接质量的检测方法技术

一种功率模块连接质量的检测方法，所述的功率模块主要是由半导体芯片、第一连接层、覆铜陶瓷基板、第二连接层、基板组装而成，所述第一连接层连接半导体芯片与覆铜陶瓷基板的上铜层，第二连接层连接覆铜陶瓷基板的下铜层与基板；所述的检测方法包括：a）把功率模块放置于高精度平台上，关互锁安全门；b）选择检测条件如电压，电流，光管开始工作，光管发射的X光穿过功率模块；c）探测器固定在C型臂上，选定与法线方向有一定夹角的位置；探测器可检测到偏转相同角度的X光信号，从而接收到完整的X光信息；d）根据X光信号层析成像，形成若干层的X光图像；e）再利用专门开发的软件，分析一个芯片或DBC的整体气孔率或最大单个气孔率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种功率模块连接质量的检测方法，尤其是一种新型的使用X光层析成像技术进行功率模块连接质量的检测方法，属于半导体功率模块的封装

技术介绍
功率模块是在功率电子电路上使用的半导体封装体，比如，封装了绝缘栅双极晶体管（IGBT）芯片，或金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）芯片的模块。一些模块也封装有半导体二极管（DIODE）芯片以提供过压保护。以上功率半导体芯片具有一系列电压和电流等级，以适应不同的场合或行业应用。功率模块一般还包括导热绝缘直接键合铜陶瓷衬底（DBC），基板，功率端子等部件，目前这些部件大部分是通过钎焊（Soldering）、烧结（Sintering）或焊接（Welding）连接的，如芯片-DBC、DBC-基板之间的连接。特殊应用场合如汽车行业中使用的功率模块，要求散热效率高。所以，经常使用带散热柱的基板封装成模块以便利用液体散热系统。对于功率模块，常规检测连接质量（如气孔情况）的方法有X光透射成像技术或超声波扫描成像技术。但对于带散热柱的功率模块，这两种方法不能有效成像，无法检测连接质量。X光透射成像技术使用接收透射的信号成像，要求X光能穿透待分析的物体。带散热柱的模块，其基板和散热柱的总厚大（约12mm厚的铜），普通光管的电压一般≤130kV，无法完全穿透并成像。即使穿透，也无法明确气孔的在厚度方向的哪一层，即无法确定具体位置。另一种方法，超声波扫描成像技术，其原理是在一个较小尺寸的范围内，超声波会由于材料的物理特性发生相互作用。一旦材料特性发生变化，样品内部的超声波就会被阻挡、吸收、散射或反射。所以也常用于检测功率模块的连接质量（如气孔、异物等情况），但对于带散热柱的模块，基板表面与散热柱表面不在一个平面上，较长的散热柱（约8mm）不利于超声波聚焦，不能有效成像。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种有利于监控产品质量，确保产品的可靠性，减少由此造成客户端失效，减少事故或损失的使用X光层析成像技术进行功率模块连接质量的检测方法。本专利技术的目的是通过如下技术方案来完成的，一种功率模块连接质量的检测方法，所述的功率模块主要是由半导体芯片、第一连接层、覆铜陶瓷基板、第二连接层、基板组装而成，其中，所述覆铜陶瓷基板由上层铜、中间层陶瓷、下层铜通过烧结等工艺做成一个整体，所述基板是由平板和散热柱通过锻造、铸造或机械加工方法做成一个整体；所述第一连接层连接半导体芯片与覆铜陶瓷基板的上铜层，第二连接层连接覆铜陶瓷基板的下铜层与基板；所述的检测方法是采用X光层析成像系统检测第一连接层2和第二连接层或其中之一的连接质量，具体包括：a）把功率模块放置于高精度平台上，固定不动，关互锁安全门；b）选择或设置检测条件如电压，电流，光管开始工作，光管发射的X光穿过功率模块；c）探测器固定在C型臂上，选定与法线方向有一定夹角的位置；探测器可检测到偏转相同角度的X光信号，在检测的整个过程中，C型臂缓慢旋转360°，所以，探测器跟着旋转360°，从而接收到完整的X光信息；d）根据X光信号层析成像，形成若干层的X光图像；如果连接质量有气孔问题，可发现气孔的大小，在哪一层等信息；e）再利用专门开发的软件，分析一个芯片或DBC的整体气孔率或最大单个气孔率。特殊的应用场合中，需要带散热柱基板的模块，而常规检测功率模块连接质量的方法，如X光透射成像技术或超声波扫描成像技术无法检测此类模块的连接质量；本专利技术采用X光层析成像技术检测，以监控连接质量，确保模块的可靠性。本专利技术所述的一种检测带散热柱的功率模块的方法，即X光层析成像技术，该技术使用较大电压的光管（≥160kV），穿透待分析物体，探测器先固定在一个C型臂上，选择一个合适的偏转角（如45°-70°），该C型臂携带探测器一起旋转360°。探测器不断接收信号，从而以此成像。本专利技术由于使用了X光层析成像技术分析功率模块的连接质量，克服了常规方法的不足，因此，有利于监控产品质量，确保产品的可靠性；减少由此造成客户端的失效，减少事故或损失；可取得明显的经济和社会效果。附图说明图1是本专利技术一种功率模块半成品的横截面视图。图2是本专利技术一种功率模块半成品的俯视图。图3是本专利技术的一种X光层析成像系统示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作详细的介绍：图1、2所示，本专利技术所述的功率模块100主要是由半导体芯片1、第一连接层2、覆铜陶瓷基板3、第二连接层4、基板5组装而成，其中，所述覆铜陶瓷基板3由上层铜31、中间层陶瓷32、下层铜33通过烧结等工艺做成一个整体，所述基板5是由平板51和散热柱52通过锻造、铸造或机械加工方法做成一个整体；所述第一连接层2连接半导体芯片1与覆铜陶瓷基板的上铜层31，第二连接层4连接覆铜陶瓷基板的下铜层33与基板5；本专利技术所述的功率模块连接质量的检测方法，它是是采用X光层析成像系统1000检测第一连接层2和第二连接层4或其中之一的连接质量，具体包括：a）把功率模块100放置于高精度平台300上，固定不动，关互锁安全门；b）选择或设置检测条件如电压，电流，光管200开始工作，光管200发射的X光穿过功率模块100；c）探测器500固定在C型臂400上，选定与法线方向有一定夹角的位置；探测器500可检测到偏转相同角度的X光信号，在检测的整个过程中，C型臂400缓慢旋转360°，所以，探测器500跟着旋转360°，从而接收到完整的X光信息；d）根据X光信号层析成像，形成若干层的X光图像；如果连接质量有气孔问题，可发现气孔的大小，在哪一层等信息；e）再利用专门开发的软件，分析一个芯片或DBC的整体气孔率或最大单个气孔率。实施例：图1、2所示，功率模块半成品100是由半导体芯片1、第一连接层2、覆铜陶瓷基板3、第二连接层4、基板5等主要部件组装而成。其中，覆铜陶瓷基板3由上层铜31、中间层陶瓷32、下层铜33通过烧结等工艺做成一个整体。基板5由平板51、散热柱52等部分组成，可通过锻造、铸造或机械加工等方法做成一个整体。第一连接层2是连接半导体芯片1与覆铜陶瓷基板的上铜层31的，第二连接层4是连接覆铜陶瓷基板的下铜层33与基板5的。这两层或其中之一的连接质量需要用到该新型X光层析成像系统1000。附图3示出了一种新型的X光层析成像系统1000，并示出了如何使用X光层析成像系统1000检测功率模块100的连接质量。首先把功率模块100放置于高精度平台300上，固定不动，关互锁安全门。然后选择或设置检测条件如电压，电流，光管200开始工作，光管200发射的X光穿过功率模块100。探测器500固定在C型臂400上，选定与法线方向有一定夹角的位置。探测器500可检测到偏转相同角度的X光信号，在检测的整个过程中，C型臂400缓慢旋转360°，所以，探测器500跟着旋转360°，从而接收到完整的X光信息。根据X光信号层析成像，形成若干本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率模块连接质量的检测方法，所述的功率模块（100）主要是由半导体芯片（1）、第一连接层（2）、覆铜陶瓷基板（3）、第二连接层（4）、基板(5)组装而成，其中，所述覆铜陶瓷基板(3)由上层铜(31)、中间层陶瓷(32)、下层铜(33)通过烧结等工艺做成一个整体，所述基板(5)是由平板(51)和散热柱(52)通过锻造、铸造或机械加工方法做成一个整体；所述第一连接层(2)连接半导体芯片(1)与覆铜陶瓷基板的上铜层(31)，第二连接层(4)连接覆铜陶瓷基板的下铜层(33)与基板(5)；其特征在于所述的检测方法是采用X光层析成像系统(1000)检测第一连接层(2)和第二连接层(4)或其中之一的连接质量，具体包括：a）把功率模块(100)放置于高精度平台(300)上，固定不动，关互锁安全门；b）选择或设置检测条件如电压，电流，光管(200)开始工作，光管(200)发射的X光穿过功率模块(100)；c）探测器(500)固定在C型臂(400)上，选定与法线方向有一定夹角的位置；探测器(500)可检测到偏转相同角度的X光信号，在检测的整个过程中，C型臂(400)缓慢旋转360°，所以，探测器(500)跟着旋转360°，从而接收到完整的X光信息；d）根据X光信号层析成像，形成若干层的X光图像；如果连接质量有气孔问题，可发现气孔的大小，在哪一层等信息；e）再利用专门开发的软件，分析一个芯片或DBC的整体气孔率或最大单个气孔率。...

【技术特征摘要】
1.一种功率模块连接质量的检测方法，所述的功率模块（100）主要是由半导体芯片（1）、第一连接层（2）、覆铜陶瓷基板（3）、第二连接层（4）、基板(5)组装而成，其中，所述覆铜陶瓷基板(3)由上层铜(31)、中间层陶瓷(32)、下层铜(33)通过烧结等工艺做成一个整体，所述基板(5)是由平板(51)和散热柱(52)通过锻造、铸造或机械加工方法做成一个整体；所述第一连接层(2)连接半导体芯片(1)与覆铜陶瓷基板的上铜层(31)，第二连接层(4)连接覆铜陶瓷基板的下铜层(33)与基板(5)；其特征在于所述的检测方法是采用X光层析成像系统(1000)检测第一连接层(2)和第二连接层(4)或其中之一的连接质量，具体包括：
a）把功率模块(...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡少华，
申请(专利权)人：嘉兴斯达半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33