[发明专利]非侵入式压接型功率半导体器件接触压强监测方法及系统

说明书

本发明涉及一种非侵入式压接型功率半导体器件接触压强监测方法及系统，属于半导体器件技术领域。该系统采用由超声探头、金属垫块、弹簧、承重金属板组成的超声弹性探头测试板，根据压接型功率半导体器件封装方式及应用条件，用以放置超声探头，发射和接收超声波；采用超声脉冲发生/接收器发生超声波，同时接收超声反射波信号；采用示波器及上位机记录超声反射波信号，并计算得到压接型功率半导体器件接触面动态接触压强。本发明可以实现压接型功率半导体器件内部动态接触压强变化的精确测量，并具有非侵入式测量的优点。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，涉及一种非侵入式压接型功率半导体器件接触压强监测方法及系统。

背景技术

压接型功率半导体器件具有双面散热、失效短路及易大规模芯片并联等优点，目前已经被广泛应用于柔性直流输电、电力机车等高压大功率应用场合。压接型功率半导体器件通过外部压力来保持芯片与电极之间的电气连接，由于接触面微观上的凹凸不平，器件中存在受压力影响的接触电阻和接触热阻，进而导致会器件内部电热分布受压力分布的影响。然而由于器件中各组件加工过程中的工差及夹具加压的不平衡，会引起器件内部各芯片接触压强不均，进而导致器件工作过程中的电热应力分布不均。加之器件在运行工作条件下，由于内部各组件材料的热膨胀效应，器件内部的接触压强分布不均现象会进一步加剧，严重时会损坏半导体芯片。因此，针对压接型封装功率半导体器件，准确测量工作条件下器件动态接触压强尤为重要。

现有压接型功率半导体器件接触压强测量方法主要有压力传感器法和压力纸测量法，但这两种方法具有如下缺陷：

1)外置压力传感器法：由于压力传感器通常安装在夹具上，因此该方法仅能测得器件外部的平均压力变化，无法监测器件内部的接触压强变化。

2)内置分布式压力传感器法：例如申请号为201920369339.7的专利“一种压接型功率半导体器件内部压力分布测量系统”公开了：多个微型压力传感器置于器件内部，测量器件内部压力分布，然而由于需要在内部放置传感器，将改变器件内部的封装结构及电流、热流的流通路径；此外，传感器在器件工作条件下，易受高温的影响，在器件可靠性测试过程中，此方法难免会存在较大的测量误差。

3)压力纸测量法：该方法需要打开器件封装后，将压力纸放置于器件内部，由于压力纸是绝缘的，该方法仅能对只施加压力不施加电流条件下器件内部的接触压强进行测量，难以应用于工作条件下的压接型功率半导体动态接触压强的监测。

基于上述缺陷，亟需一种能够准确且实时动态监测压接型功率半导体器件接触压强的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非侵入式压接型功率半导体器件接触压强监测方法及系统，用于准确监测工作条件下压接型功率半导体器件内部动态接触压强。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种非侵入式压接型功率半导体器件接触压强监测系统，包括：超声弹性探头测试板和压强监测系统；所述超声弹性探头测试板包括：超声探头2、金属垫块3、弹簧4和承重金属板5；

所述超声探头2用于发射接收超声波；所述金属垫块3和弹簧4用于施加超声探头与器件之间的接触力，保证超声探头2与器件的紧密耦合；所述承重金属板5用于承受夹具压力，同时在工作条件下提供电流和热流的流通路径；

所述压强监测系统与超声探头2连接，用于发生超声波，同时接收并处理超声发射波信号，从而计算出器件内部接触压强。

进一步，所述压强监测系统包括：超声脉冲发生/接收器6、示波器7及上位机8；所述超声脉冲发生/接收器6用于发生超声波，同时接收超声反射波信号；所述示波器7及上位机8用于记录超声反射波信号，处理超射波数据，计算器件内部接触压强。