CN101136378B - 一种半导体器件及其封装气密性检测方法及配气装置 - Google Patents
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Abstract
一种半导体器件及其封装气密性检测方法及配气装置，包括管壳和管芯，管芯密闭在管壳内，管壳内充有一定压力的气体。管壳内充入的气体是由惰性气体与可检测气体混合的混合气体。半导体器件封装气密性的检测采用混合气体的检测方式。所提供的配气装置包括气体混合容器、惰性气体输入系统、可检测气体输入系统、混合气体输出系统和抽真空系统几部分，其中在混合容器上分别开有惰性气体入口与可检测气体的入口。惰性气体入口与可检测气体的入口可以是分别不同的两个入口，也可以共用一个入口。惰性气体入口与惰性气体输入系统相接；可检测气体的入口与可检测气体输入系统相接。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体器件的结构及其检测方法，尤其是指一种电力电子可控硅器件管壳内封装惰性气体结构及其焊缝的检测方法；本发明还涉及所述检测方法的装置。本发明的技术主要用于对大功率可控硅器件封装气密性检测，也可以用于其它半导体器件的封装气密性检测。
背景技术
许多大功率的半导体器件，尤其是电力电子可控硅器件，在进行焊接封装时，都需要向管壳内充入惰性气体，使得管芯处于一种被惰性气体包围的环境中，保护管芯不会被氧化。一般半导体器件管壳内所充的惰性气体是高纯氮气，这些氮气是在封装时充入的，如果封装不严将导致管壳内的氮气外泄，外部的空气也将侵入管壳内，从而影响管芯的使用性能，甚至引起管芯的烧损。因此，为了保障封装后焊缝的质量，一般对于封装后的器件需要进行检测。对于封装焊缝是否严密，检查方法一般有两种。一种是进行抽样检查：由于管壳内充的是氮气，无法用氦质谱仪检漏，所以只能靠抽检少量管壳充纯氦，并用氦质谱检漏来验证封装的气密性，这种抽检的方法主要是寄希望于工艺来保障器件的品质，认为只要工艺上能保证，则对于同一工艺条件加工出来的产品应是同一品质。但对于生产过程中，要做到生产工艺条件完全一样是很难的，实际的加工工艺条件总是在不断变化的，为什么抽检也需要有一定的密度，就是考虑工艺条件的不断变化，而且这种抽样试验方法对被试管壳是破坏性的，因为管壳内充有纯氦气的器件是不能用的，只能报废，因此存在检测过的器件不能用，只能做参考，而未检的器件又不能保证完全合格的尴尬局面。另外一种方法是采取浸润测试方法进行检测，所谓浸润测试方法是将充有氮气的封装好的半导体器件浸入盛装有酒精的容器中，然后对容器抽真空，通过观测器件是否有气泡冒出，来检测器件，这种方法主要是操作比较麻烦，而且仅通过肉眼观测，可靠性较差。因此，现有的对半导体器件封装气密性的检测尚存在一些不足，很有必要对此加以改进。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有半导体器件封装气密性检测方法的不足，提出一种检测更为简便，而又能做到全面检测半导体器件封装结构及其气密性检测方法。
本发明的另一个目的是提出上述方法的一种配气装置，该配气装置可更为有效地保证上述检测方法的实现。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种半导体器件，包括管壳和管芯，管芯密闭在管壳内，管壳内充有一定压力的气体。其特点在于，所述管壳内充入的气体是由惰性气体与可检测气体相混合的气体，所述的惰性气体主要为氮气，也可以是其他如氖、氩、氪、氙、氡等惰性气体；所述的可检测气体可以是任意一种可检测气体，如氦气、六氟化硫气体(SF6)、四氟化碳气体(CF4)、笑气等可用于检测泄漏的可检测气体；所述的惰性气体与可检测气体混合的混合比例为：惰性气体与可检测气体体积比是100∶0.05～0.15。所述的混合气体得充装压力为0.2～1MP。
一种上述半导体器件封装气密性检测的方法，采用混合气体的检测方式，通过在半导体器件内充入惰性气体，同时充入一定量的用于检测的可检测气体，使得封装后充入半导体器件管壳内的气体为保护用惰性气体与可检测气体相混合的气体，再由检测仪对所有的半导体器件逐一进行检测。检测过程中如果发现可检测气体含量超过允许值，说明所检的半导体器件的封装不严密，产品不合格。所述的检测仪为根据不同可检测气体所要求的检测仪，并根据不同检测仪采取不同的检测方法进行检测。具体检测方法是：
A.将惰性气体与可检测气体通过配气装置混合成所要求的混合气体；
B.通过管路将混合好的混合气体导入半导体器件封装模具的充气口，并充入到半导体器件管壳内，根据工艺的要求调整好对管壳的充气压力，在达到所要求的压力后进行半导体器件封装焊接；
将封装好的半导体器件置于可检测气体检测仪下进行检测，如果可检测气体的含量没有超过允许值，说明半导体器件封装合格；否则不合格。按照上述方法所提供的配气装置包括气体混合容器罐、惰性气体输入系统、可检测气体输入系统、混合气体输出系统和抽真空系统几部分，其中在混合容器上分别开有惰性气体入口与可检测气体的入口。惰性气体入口与可检测气体的入口可以是分别不同的两个入口，也可以共用一个入口。惰性气体入口与惰性气体输入系统相接；可检测气体的入口与可检测气体输入系统相接。惰性气体气源管线一头直接与惰性气体源相接，另一头通过惰性气体输入系统与惰性气体入口相接。且惰性气体气源管线的出口可以直接与气体混合容器的惰性气体入口相接，也可以先与可检测气体进行管线混合后再与气体混合容器相接。可检测气体气源管线一头直接与可检测气体相接，另一头通过可检测气体输入系统与可检测气体入口相接。且可检测气体气源管线的出口可以直接与气体混合容器的可检测气体入口相接，也可以先与惰性气体进行管线混合后再与气体混合容器相接。在气体混合容器上还开有混合气体的出口，混合气体的出口与半导体器件封装焊机模具的充气口相接，同时在气体混合容器上设有抽真空系统。抽真空系统主要用于排空容器内的气体。
本发明采用适当的惰性气体与可检测气体相配的混合气体充入半导体器件，再通过仪器对可检测气体进行检测的方法来检测半导体器件的封装气密性，同以往技术相比，特点如下：
1.混合装置能实现预定的惰性气体与可检测气体的混合。
2.这种混合气能用作半导体管壳内的保护气体，并实现逐只的、安全无损的氦质谱检漏。
3.混合装置制造简单，操作维护方便，安全可靠。
附图说明
图1为本发明半导体器件一个实施例的结构示意图；
图2为本发明配气装置系统构成示意图；
图3为本发明一个实施例的配气装置系统构成示意图。
图中：1、管壳；2、管芯；3、充入气体；4、气体混合容器；5、惰性气体输入系统；6、可检测气体输入系统；7、混合气体输出系统；8、抽真空系统；9、惰性气体入口；10、可检测气体的入口；11、混合气体的出口；12、抽真空系统出口；13、氮氦气体混合容器；14、氮气输入系统；15、氦气气体输入系统；16、氮氦混合气体输出系统；17、抽真空系统；18、氦气的入口；19、氮气气源管线；20、控制阀门；21、流量计；22、压力表；23、比例控制阀；24、氮气源和氦气相混合的接头；25、氦气源管线；26、控制阀门；27、流量计；28、压力表；29、比例控制阀；30、氦气中间储罐；31、混合气体的出口。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
由附图1可以看出本发明为一种半导体器件。所述的半导体器件包括管壳1和管芯2，管芯2密闭在管壳1内，管壳1内充有一定压力的充入气体3。其特点在于，所述管壳1内充入的充入气体3为由惰性气体与可检测气体混合的混合气体，所述的惰性气体主要为氮气，也可以是其他如氖、氩、氪、氙、氡等惰性气体；所述的可检测气体可以是任意一种可检测气体，如氦气、六氟化硫气体(SF6)、四氟化碳气体(CF4)、笑气等可用于检测泄漏的可检测气体；所述的惰性气体与可检测气体混合的混合比例为：惰性气体与可检测气体体积比是100∶0.05～0.15。所述的混合气体得充装压力为0.2～1MP。
附图2给出了本发明半导体器件的气密性检测方法的一种配气系统示意图，通过该图可以看出，本发明是采用混合气体的检测方式，通过在半导体器件封装充入惰性气体同时充入一定量的用于检测的可检测气体，使得封装时充入半导体器件管壳内的气体为惰性气体与可检测气体混合的混合气体，再由检测仪对所有的半导体器件逐一进行检测。检测过程中如果发现可检测气体含量超过允许值，说明所检的半导体器件封装不严密，产品不合格。所述的检测仪为根据不同可检测气体所要求的检测仪，并根据不同检测仪采取不同的检测方法进行检测。具体检测方法是：
1、将惰性气体与可检测气体通过配气装置混合成所要求的混合气体；
2、通过管路将混合好的混合气体导入半导体器件封装模具的充气口，并充入到半导体器件管壳内，根据工艺的要求调整好对管壳的充气压力，在达到所要求的压力后进行半导体器件封装焊接；
3、将封装好的半导体器件置于可检测气体检测仪下进行检测，如果可检测气体的含量没有超过允许值，说明半导体器件封装合格，否则不合格。
按照上述方法所提供的配气装置包括气体混合容器4、惰性气体输入系统5、可检测气体输入系统6、混合气体输出系统7和抽真空系统8几部分，其中在混合容器4上分别开有惰性气体入口9与可检测气体的入口10。惰性气体入口9与可检测气体的入口10可以是分别不同的两个入口，也可以共用一个入口。惰性气体入口9与惰性气体输入系统5相接；可检测气体的入口10与可检测气体输入系统6相接。惰性气体输入系统5的惰性气体气源管线一头直接与惰性气体源相接，另一头通过惰性气体输入系统与惰性气体入口9相接。且惰性气体气源管线的出口可以直接与气体混合容器的惰性气体入口相接，也可以先与可检测气体进行管线混合后再与气体混合容器相接。可检测气体输入系统6的可检测气体气源管线一头直接与可检测气体相接，另一头通过可检测气体输入系统与可检测气体入口10相接。且可检测气体气源管线的出口可以直接与气体混合容器的可检测气体入口相接，也可以先与惰性气体进行管线混合后再与气体混合容器相接。在混合容器4上还开有混合气体的出口11，混合气体的出口11与半导体器件封装模具的充气口相接，同时在气体混合容器4上设有抽真空系统出口12。
图3给出了本发明配气系统的一个具体的实施例，由图3可以看出本发明的半导体器件的混合气体为氮气与氦气的混合气体；所述的惰性气体与可检测气体混合的混合比例为：氮气与氦气的体积比是1000∶1。混合气体得充装压力为0.5～0.7MP。所采用的配气装置包括氮氦气体混合容器13、氮气输入系统14、氦气输入系统15、氮氦混合气体输出系统16和抽真空系统17几部分，其中在氮氦气体混合容器13上只开有一个氮气与氦气的入口18。氮气与氦气的入口是共用一个入口。所述的氮气是通过一个由氮气气源管线19、控制阀门20、流量计21、压力表22、比例控制阀23的输入系统输入的。氮气气源管线19一头直接与氮气源相接，另一头通过控制阀门20、流量计21、比例控制阀23与氮气源和氦气相混合的接头24相接，并在连接管线中设置有用于控制压力的压力表22。所述的氦气是通过氦气源管线25、控制阀门26、流量计27、压力表28、氦气中间储罐30和比例控制阀29输入系统输入的。氦气源管线25一头直接与氦气源相接，另一头通过控制阀门26、流量计27、氦气中间储罐30和比例控制阀29与氮气源和氦气相混合的接头24相接；并在连接管线中设置有用于控制压力的压力表。在混合容器13上还开有混合气体的出口31，混合气体的出口31与半导体器件封装模具的充气口相接，同时在混合气体的出口31的管线上设有抽真空系统16。
产品的封装生产及检测方法是：
1、将氮气与氦气通过配气装置混合成所要求的混合气体；
2、通过管路将混合好的混合气体导入半导体器件封装模具的充气口，并充入到半导体器件管壳内，根据工艺的要求调整好对管壳的充气压力0.5～0.7MP，在达到所要求的压力后进行半导体器件封装焊接：
3、将封装好的半导体器件置于氦质谱检漏仪下进行检测，如果检测到的氦气含量没有超过允许值，说明半导体器件封装合格，否则不合格。
Claims (4)
1.一种半导体器件，包括管壳和管芯，管芯密闭在管壳内，管壳内充有一定压力的气体，所述管壳内充入的气体为由惰性气体与可检测气体混合的混合气体；其特征在于：所述的惰性气体与可检测气体混合的混合比例为：惰性气体与可检测气体体积比是100∶0.05～0.15；所述的混合气体的充装压力为0.2～1MP。
2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于：所述的惰性气体为氮气或氖、氩、氪、氙、氡惰性气体；所述的可检测气体氦气、六氟化硫气体、四氟化碳气体或笑气。
3.一种如权利要求1所述半导体器件封装气密性检测的方法，采用混合气体的检测方式，通过在半导体器件封装充入惰性气体同时充入一定量的用于检测的可检测气体，使得封装后充入半导体器件管壳内的气体为惰性气体与可检测气体混合的混合气体，再由检测仪对所有的半导体器件逐一进行检测；其特征在于：所述的检测方法是：
A.将惰性气体与可检测气体通过配气装置混合成所要求的混合气体；所述的惰性气体与可检测气体混合的混合比例为：惰性气体与可检测气体体积比是100∶0.05～0.15；所述的混合气体的充装压力为0.2～1MP；
B.通过管路将混合好的混合气体导入半导体器件封装模具的充气口，并充入到半导体器件管壳内，根据工艺的要求调整好对管壳的充气压力，在达到所要求的压力后进行半导体器件封装焊接；
C.将封装好的半导体器件置于可检测气体检测仪下进行检测，如果可检测气体的含量没有超过允许值，说明半导体器件封装合格，否则不合格。
4.一种实现权利要求3所述半导体器件封装气密性检测方法的配气装置，配气装置包括气体混合容器、惰性气体输入系统、可检测气体输入系统、混合气体输出系统和抽真空系统几部分，其中在混合容器上分别开有惰性气体入口和可检测气体的入口；惰性气体入口与惰性气体输入系统相接；可检测气体的入口与可检测气体输入系统相接；在混合容器上还开有混合气体的出口，混合气体的出口与半导体器件封装模具的充气口相接，同时在混合容器上设有抽真空系统；所述的氮气是通过一个由氮气气源管线、控制阀门、流量计、压力表、比例控制阀的输入系统输入的；氮气气源管线一头直接与氮气源相接，另一头通过控制阀门、流量计、比例控制阀与氮气源和氦气相混合的接头相接，并在连接管线中设置有用于控制压力的压力表；所述的氦气是通过氦气源管线、控制阀门、流量计、压力表、氦气中间储罐和比例控制阀输入系统输入的；氦气源管线一头直接与氦气源相接，另一头通过控制阀门、流量计、氦气中间储罐和比例控制阀与氮气源和氦气相混合的接头相接；并在连接管线中设置有用于控制压力的压力表；在混合容器上还开有混合气体的出口，混合气体的出口与半导体器件封装模具的充气口相接；其特征在于：所述的抽真空系统在混合气体的出口的管线上。
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