CN105223488A - 基于结构函数的半导体分立器件封装质量检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供半导体分立器件的封装质量检测方法和系统，该方法包括：通过采集至少在三个温度条件下的被检测器件在第一检测电流下的结压值从而得到被检测器件的温敏系数；利用电学法检测得到被检测器件和参照器件结压变化曲线和参照器件的结压变化曲线，根据所述温敏系数将所述被检测器件的结压变化曲线和参照器件的结压变化曲线分别转换为所述被检测器件的结构函数曲线和所述参照器件的结构函数曲线；将所述被检测器件的结构函数曲线与参照器件的结构函数曲线进行比较确定所述被检测器件的封装质量。该半导体分立器件封装质量检测方法简单，无需损坏被检测器件的内部结构。

Description

基于结构函数的半导体分立器件封装质量检测方法及系统

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种半导体分立器件的封装质量检测方法及系统。

背景技术

对于武器弹药、重大设施的安全保护装置而言，它们的电子系统及元器件长期处于非工作状态，而其工作性质又要求它们必须在使用周期内功能正常，具备良好的贮存可靠性。然而，在实际应用中，电子系统内的元器件在长期非工作状态下，其组成材料会随时间发生一定的退化，通常被称为贮存退化，主要表现为电学性能参数的退化以及元器件材料、结构的退化。

元器件的贮存退化很难表征，例如半导体分立器件、集成电路、LED等通常用有机胶(银浆)粘接，但是有机物在长期贮存过程中会发生老化，导致粘接能力和导热能力下降，带来安全隐患。对于半导体元器件，其贮存可靠性目前还缺乏适合的无损检测手段。如果要判断元器件是否进入了贮存耗损期，只有开封进行破坏性的检测分析才能确认，具有很大局限性。现有的检测元器件贮存退化的方法，目前主要是根据其参数退化来进行评估的。然而，参数仅能反应其电学电能，并不能反应器件的材料、界面及封装等物理性能方面的退化。

除了非工作应用状态，在工作状态下的热阻退化更引人关注。功率三极管、功率模块在长期工作或环境温度剧烈变化的条件下，其芯片粘接材料很容易出现老化或分层开裂，导致热阻增大，寿命显著缩短。

现有的一些确定半导体分立器件的封装质量的方法需要开封才能确认，这些方法具有很大的局限性。

发明内容

基于此，有必要的提供一种无损的半导体分立器件的封装质量检测方法和系统。

一种基于结构函数的半导体分立器件封装质量检测方法，包括：

将被检测器件连接测试电路并放置在恒温装置中，分别在至少三个不同的温度条件下，向被检测器件施加第一检测电流，待恒温装置和被检测器件的温度稳定后，采集并记录对应温度条件下被检测器件的结压值，得到被检测器件的温敏系数；

分别先后将被检测器件和参照器件放置在热沉上，向被检测器件和参照器件施加预定时间的加热电流，并在预定时间后将加热电流切换至第二检测电流，每隔预定采集时间采集第二检测电流下被检测器件和参照器件的结压值，得到被检测器件的结压变化曲线和参照器件的结压变化曲线；

根据温敏系数将被检测器件的结压变化曲线和参照器件的结压变化曲线分别转换为被检测器件的结构函数曲线和参照器件的结构函数曲线；

将被检测器件的结构函数曲线与参照器件的结构函数曲线进行比较，确定被检测器件的封装质量。

一种半导体分立器件的封装质量检测系统，包括：

温敏系数计算模块，用于获取被检测器件在恒温装置中的至少三个温度条件下被施加第一检测电流后的结压值，并根据结压时计算得到被检测器件的温敏系数；

结压变化曲线生成模块，用于分别获取每隔预定采集时间的被检测器件和参照器件在热沉上被施加预定时间的加热电流后、再施加第二检测电流下的结压值，并根据结压值分别得到被检测器件的结压变化曲线和参照器件的结压变化曲线；

结构函数曲线生成模块，用于根据温敏系数将被检测器件的结压变化曲线和参照器件的结压变化曲线分别转换为被检测器件的结构函数曲线和参照器件的结构函数曲线；

封装质量分析模块，用于将被检测器件的结构函数曲线与参照器件的结构函数曲线进行比较，确定被检测器件的封装质量。

由于结构函数能反映器件热流传导路径中每层结构的热阻和热容特性，当器件内部出现分层、空洞等封装、退化等缺陷时，将导致热阻和热容的改变，从而引起结构函数的异常变化。因此，结构函数曲线能够反应元器件的封装质量。而参照器件为与被检测器件相同类型的已知的无封装缺陷的良品或进行环境试验前的同一器件，通过比对参数器件与被检测器件的结构函数曲线能够确定被检测器件的封装质量。该半导体分立器件封装质量检测方法简单，无需损坏被检测器件的内部结构。

附图说明

图1为半导体分立器件的一维传热结构示意图；

图2为半导体分立器件结构函数与热容、热导率和热横截面积的关系示意图；

图3为一种实施方式的半导体分立器件的封装质量检测方法的流程图；

图4为一种实施方式的确定被检测器件是否有封装缺陷的方法的流程图；

图5为一种实施方式根据温敏系数将结压变化曲线转换成结构函数曲线的方法的流程图；

图6为一种实施方式的确定封装缺陷部位的方法的流程图；

图7为某晶体管在间歇寿命试验前的结壳热阻；

图8为某晶体管在间歇寿命试验后的结壳热阻；

图9为某晶体管在间歇寿命试验前后的积分结构函数对比图；

图10为某晶体管在湿接触条件下的间歇寿命试验前后的微分结构函数对比图；

图11为某晶体管的剖面结构示意图；

图12为某晶体管在干接触条件下的间歇寿命试验前后的积分结构函数对比图；

图13为一种实施方式的半导体分立器件的封装质量检测系统的模块示意图；

图14为另一种实施方式的半导体分立器件的封装质量检测系统的模块示意图。

具体实施方式

热阻指热流流过导热体时所受的阻力。对于半导体器件而言，给半导体芯片工作状态所施加的功率一部分被转换成热量，导致器件温升，芯片上的热量通过封装材料向外传递，热量通过封装材料向外传递的过程中受到的阻力为热阻。

热阻是表征半导体器件封装的界面材料退化的适合参数，尤其对于功率器件如功率晶体管、MOS管、驱动模块，工作温升及热阻是影响其寿命和可靠性的重要参数之一。热阻的测量方法也有多种，如电学法、光学法、物理法。其中电学法对封装器件可做非破坏性、非接触测量，是一种最佳的方法。

通常半导体分立器件具有一个主散热界面，从而可以近似认为其具有一维传热路径，如图1所示，即热流从芯片有源区10向下往芯片11、粘接层12、基板13、管壳14传导。

对于一维传热结构，其热流方程可表示为：

$\frac{\∂T}{\∂t}=\frac{1}{c\left(x\right)}\frac{\∂}{\∂x}\left(\frac{1}{r\left(x\right)}\frac{\∂T}{\∂x}\right);$ (一)

其中，T表示温度，t表示时间，x表示结构长度，r(x)表示单位长度热阻，c(x)表示单位长度热容。采用热源到特定点的热阻ρ(x)代替横坐标x，则上式可表示为：

$\frac{\∂T}{\∂t}=\frac{1}{K}\frac{{\∂}^{2}T}{\∂{\mathrm{\ρ}}^2};$ (二)

其中，进而上式可转换为

C_Σ和R_Σ分别为总热容和总热阻。

器件任意X方向离散的极小厚度dx(△x)的热容可表示为dC_Σ＝cAdx，它的热阻可表示为dR_Σ＝dx/λA，c为体热容，λ为热导率，A为热流横截面积，如图2所示。

从而有： $K\left(R_{\mathrm{\Σ}}\right)=\frac{cAdx}{dx/\mathrm{\λ}A}={\mathrm{c\λA}}^2$ (三)

上述公式(三)为微分结构函数，它与材料体热容、热导率和热流横截面积的平方成比例关系，反映了热流路径上材料和横截面积改变的信息与器件的物理结构相关。结构函数可由热瞬态曲线(二)变换转化而来。以K(R_Σ)为纵坐标，R_Σ为横坐标画出的K(R_Σ)与热阻R_Σ的关系曲线即为微分结构函数曲线，以C_Σ为纵坐标，R_Σ为横坐标绘出的曲线称为积分结构函数曲线。结构函数的横坐标对应的R_Σ值表征热流传递路径上从热源(芯片)开始，到相应结构(如粘接层、基板、管壳等)位置的累积热阻值，因此，结构函数能反映器件热流传导路径中每层结构的热阻和热容特性，当器件内部出现分层、空洞等封装和退化等缺陷时，将导致热阻和热容的改变，从而引起结构函数的异常变化。因此，结构函数曲线能够反应元器件的封装质量。根据以上原理，提供一种基于结构函数的半导体分立器件封装质量检测方法，如图3所示，具体包括以下步骤：

S101：将被检测器件连接测试电路并放置在恒温装置中，分别在至少三个不同的温度条件下，向被检测器件施加第一检测电流，待恒温装置和被检测器件的温度稳定后，采集并记录对应温度条件下被检测器件的结压值，得到被检测器件的温敏系数。

根据国家军用标准规定的GJB128A/GJB548B的半导体分立器件试验方法，选择与被检测器件种类相应的测试电路，搭建测试电路并将被检测器件与测试电路连接。为了避免测试过程中测试电流、加热电流等对电压采集信号的干扰，优选采用测试电流线、加热电流线和电压采集线分开布线的原则搭建测试电路。

通过将被检测器件连接测试电路并放置在恒温装置中，使得检测可以在恒温环境中进行，对于外形规则的器件，可采用干式恒温平台进行温度控制。对于外形不规则的密封型器件，可采用恒温油浴进行温度控制，使用时需将待测器件浸没在液体中以获得恒温环境。

开启恒温装置，将当前温度设置到一个温度点，通过测试电路向被检测器件施加第一检测电流I_M，待恒温装置和被测器件温度均达到稳定后，采集并记录当前温度点下的结压值，其中结压值是指使得器件达到稳定的预设温度点下的施加电压值。温度达到稳定的判定标准包括两种方式，一种为待测器件的主散热面在预设时间内，如3分钟内的温度波动不超过预设值，如0.5℃，另一种为结压值在预设时间内，如3分钟内的波动不超过预设值，如1mV，两种方式可视具体情况确定。

至少将恒温装置温度调节到三个不同的温度点，分别采集并记录对应温度条件下被检测器件的芯片的结压值。通常取实验室温度25℃为第1个测量温度点，及施加加热功率时芯片最大结温区域范围为最高测量温度点。

第一检测电流I_M的大小可根据具体实施情况而定，其确定的原则包括：必须足够大以获得合理的正向偏压，确保其不被表面漏电效应影响，同时，第一检测电流需尽可能小，以确保测量期间内部产生的热量可以忽略不计，此时可以认为恒温装置的环境温度与结温相等。

根据测量得到的不同温度点的结压值，通过公式：

$k=\left|\frac{(V_{Hi}-V_{Lo})}{(T_{Hi}-T_{Lo})}\right|$ (四)

进行线性拟合，拟合直线的斜率即为被检测器件的温敏系数k。

其中，T_Hi和T_Lo分别表示高温和低温，V_Hi和V_Lo分别表示高温和低温下的结压值。

S103：分别先后将被检测器件和参照器件放置在热沉上，向被检测器件和参照器件施加预定时间的加热电流，并在预定时间后将加热电流切换至第二检测电流，每隔预定采集时间采集第二检测电流下被检测器件和参照器件的结压值，得到被检测器件的结压变化曲线和参照器件的结压变化曲线。

被检测器件和参照器件与测试电路连接，优选与计算温敏系数的测试电路相同。预定采集时间应为微秒级。

本发明的基于结构函数的半导体分立器件的封装质量的检测方法可用于检测同一批次半导体分立器件的封装质量，在这种情况下，参照器件为与被检测器件相同类型的已知的无封装缺陷的良品。本发明的半导体分立器件的封装质量的检测方法还可用于对经历高温老化、温度循环等环境试验后的电子器件进行封装质量进行检测，以判断是否出现封装退化，在这种情况下，参照器件为进行环境试验前的器件，被检测器件为进行环境试验后的同一器件。

本实施方式中，对所述被检测器件和参照器件的结压值测量采用电学法进行测量，以被检测器件为例，将被检测器件放置在控温热沉上，使被检测器件的主要散热面，即外壳，与热沉表面接触。为了使被检测器件与热沉良好的接触，可给热沉上方的待测器件施加一个适量的压力来固定器件。为了达到理想的冷却效果，热沉应良好导热，优选的，热沉采用铜块制成，冷却液体(通常为水)通入铜块中的钻孔来维持恒温。通冷却液的孔离上表面的距离最大不能超过2mm。同时，用一个恒温器控制液体温度，测量并在结果中记录液体或冷却板的温度。

给被检测器件施加预定时间的恒定的加热电流IH，使其加热并达到热稳定状态。通常情况下，预定时间为200s，也可视情况而定。同时，还采集并记录最终的加热功率，包括加热电压和加热电流。在预定时间后将加热电流切换至第二检测电流，每隔预定采集时间采集第二检测电流下被检测器件的结压值，生成被检测器件的结压值随时间变化的结压变化曲线。

其中，第二检测电流小于加热电流，当切换到第二检测电流后，被检测器件处于冷却阶段，得到的被检测器件的结压变化曲线为冷却阶段的结压变化曲线。

优选的，为保证检测结果的准确性，第二检测电流等于第一检测电流。

S105：根据温敏系数将被检测器件的结压变化曲线和参照器件的结压变化曲线分别转换为被检测器件的结构函数曲线和参照器件的结构函数曲线。

具体的，将器件置于温度可控的恒温装置中，改变恒温装置的温度，测量结压得到一条温敏校准曲线，再通过温敏校准曲线将结压变化曲线变换为器件的降温曲线a(t)；接着用z表示时间对数z＝ln(t)，将降温曲线a(t)改写为时间对数形式a(z)，则可以通过da/dz与w(z)的反卷积计算得到时间常数谱R(z)，R(z)与热阻与热容相关，w(z)为z的函数；然后通过时间常数谱R(z)的离散化构建器件等效热FosterRC网络模型，接下来转换成CauerRC网络模型；再将Cauer模型中的热阻与热容按网络阶数叠加，即可获得积分结构函数；最后，将热容对热阻求导，即可得到微分结构函数。

结构函数反应了热传导路径上热容和热阻的分布，能够分析器件热传导路径上每层结构的热学信息，当器件内部出现分层或空洞等封装缺陷时，将导致热阻和热容的增加，从而引起结构函数的异常变化，从而能够判断被检测器件是否有封装缺陷。

S107：将被检测器件的结构函数曲线与参照器件的结构函数曲线进行比较，确定被检测器件的封装质量。

由于结构函数能反映器件热流传导路径中每层结构的热阻和热容特性，当器件内部出现分层、空洞等封装、退化等缺陷时，将导致热阻和热容的改变，从而引起结构函数的异常变化。因此，结构函数曲线能够反应元器件的封装质量。

而参照器件为与被检测器件相同类型的已知的无封装缺陷的良品或进行环境试验前的同一器件，通过比对参数器件与被检测器件的结构函数曲线能够确定被检测器件的封装质量。该半导体分立器件封装质量检测方法简单，无需损坏被检测器件的内部结构。

具体的，如图4所示，步骤S107包括：

S1071：将被检测器件的结构函数曲线与参照器件的结构函数曲线放在同一坐标系中。

若比较结果为被检测器件的结构函数曲线与参照器件的结构函数曲线重合，则执行步骤S1072：确定被检测器件的无封装缺陷；

若比较结果为被检测器件的结构函数曲线相对于参照器件的结构函数曲线向右偏移，则执行步骤S1073：确定被检测器件存在封装缺陷。

若被检测器件的结构函数相比参照器件的结构函数向右偏移，则表明被检测器件热流路径上的封装结构存在分层或空洞等缺陷，这是由于分层、空洞等封装缺陷阻碍了热流的有效传输扩散，导致该结构层的热阻逐渐增大。当芯片的粘接层在贮存时间发生老化时，粘接层的热阻也会发生变化。因此，在评估器件的贮存可靠性时，通过测试试验前后热阻值的变化情况，可以有效地评估出是否出现粘接层的退化。

在另一种实施方式中，如图5所示，步骤S105具体包括：

S1051：根据温敏系数将被检测器件的结压变化曲线和参照器件的结压变化曲线分别转换为被检测器件的结温瞬态响应曲线和参照器件的结温瞬态响应曲线。

结压变化曲线的横坐标为时间，纵坐标为结压值，根据温敏系数根据温敏系数，将结压变化曲线转换成结温瞬态响应曲线，结温瞬态响应曲线的横坐标为时间，纵坐标是结温值，其中结温值是指器件在具有相应结压值时对应的温度值。

S1052：将被检测器件的结温瞬态响应曲线和参照器件的结温瞬态响应曲线分别转换为被检测器件的结构函数曲线和参照器件的结构函数曲线，结构函数曲线包括积分结构函数曲线和微分结构函数曲线。

通过积分结构函数和微分结构函数可以分析热传导路径上每层结构的热阻以及热容信息。结构函数曲线包括积分结构函数曲线和微分结构函数曲线，积分结构函数曲线是一条热容-热阻函数，曲线上平坦的区域代表器件内部热阻大、热容小的结构，陡峭的区域代表器件内部热阻小、热容大的结构。微分结构函数的纵坐标是热容对热阻的导数，横坐标是热阻。

通过分析结构函数曲线可以帮助准确定位封装内部的缺陷结构。具体的定位方法如下：

在步骤S107之前，或是在步骤1073之后，还包括步骤：根据被检测器件的分层结构及被检测器件的结构函数曲线确定被检测器件的每个分层在结构函数曲线上的位置。

本实施方式以在步骤S107之前包括步骤S106：根据被检测器件的结构函数曲线及被检测器件的结构确定被检测器件的每个分层在结构函数曲线上的位置。

具体的，如图6所示，包括：

S1061：获取被检测器件的微分结构函数曲线上的拐点信息。

微分结构曲线的纵坐标是热容对热阻导数，横坐标是热阻。微分结构函数曲线中的波峰和波谷的拐点代表两种结构的分界面。其中，拐点在数学上指改变曲线向上或向下方向的点。

S1062：根据拐点信息与被检测器件的分层结构确定被检测器件的每个分层在微分结构函数曲线上的位置，拐点对应于相邻两个分层的分界面。

在步骤S1073确定被检测器件存在封装缺陷时，执行步骤S1074：确定被检测器件的结构函数曲线相对于参照器件的结构函数曲线向右偏移的起始位置所在的分层为被检测器件的封装缺陷部位。

具体的，在微分结构函数曲线上确定每个分层的位置，被检测器件的微分结构函数曲线上相对于参照器件的微分结构函数曲线向右偏移的起始位置所在的分层为被检测器件的封装缺陷部位。

本发明的半导体分立器件的封装质量检测方法，对被检测器件和参照器件的结压进行测定，根据温敏系数，将结压变化曲线转换为结温瞬态响应曲线，再将瞬态响应曲线转换成结构函数曲线，通过结构函数曲线表征被检测器件和参照器件的热阻和热容，通过比对被检测器件和参照器件的结构函数曲线确定被检测器件的封装质量，当确定被检测器件存在封装缺陷时，通过对微分结构函数曲线进行分析，确定缺陷部分。该检测方法利用热阻结构函数进行表征，无需损坏被检测器件，操作方便，检测结果准确。

为更好的说明本发明的半导体分立器件的封装质量检测方法，现以某晶体管在经历高温贮存寿命试验前后为例进行说明。

将该晶体管进行间歇寿命试验，分别采用电学法检测其试验前和试验后的结压值，以生成该晶体管于间歇寿命试验前结构函数曲线和试验后结构函数曲线。其试验前结构函数曲线，如图7所示，采用结构函数上的分离点来确定的结壳热阻，可见该样品在贮存寿命前的结壳热阻为0.73K/W。

对该晶体管进行6000小时的高温贮存寿命试验后，对晶体管进行热阻测试，测试连线、测试条件、测试过程等与进行间歇寿命试验前保持一致。同样，通过结构函数上的分离点来确定器件在间歇寿命试验后的结壳热阻，其试验后结构函数曲线的结果如图8所示。可见该样品在间歇寿命后的结壳热阻为0.91K/W。也就是说，器件在经历6000小时高温贮存寿命试验后，结壳热阻增大了0.18K/W。

将试验前后的结构函数曲线放置在同一坐标系下，如图9所示。经历间歇寿命试验后，晶体管在图中所示A点以后的积分结构函数出现明显的向右偏移，而在A点之前具有良好吻合。A点之前的区域为积分结构函数曲线的初始阶段即器件的芯片层，由此可知，间歇寿命试验使得器件在芯片以外的区域的热阻变大。

为进一步区分具体是哪层的热阻变化较大，通过微分结构函数曲线进行判断。图10为晶体管在湿接触条件下的间歇寿命试验前后的微分结构函数。结合晶体管的结构示意图11，在图10中把每层的位置标注出来，其中原点至1为芯片层201，1至2为粘接层一202，2至3为过渡层203，3至4为粘接层二204，4至5为管座205，5以外为导热硅脂和热沉。

从图10可知，粘接层1的热阻明显增大，试验后与试验前相比增大了约0.15K/W，其他层虽然稍微增大，但增大幅度很小，基本可以忽略。

图12为晶体管干接触于热沉时间歇寿命试验前后的积分结构函数曲线。由图12可知，经历间歇寿命试验后，晶体管的结构函数出现明显的向右偏移，而且粘接层1的热阻明显增大。也就是说，晶体管干接触于热沉上的结果与涂有导热硅脂的结果一致。

由此可以推断，经历间歇寿命试验后，该晶体管封装内部的芯片与过渡层之间的粘接层出现了分层或者空洞面积变大，导致热阻的增加。

本发明还提供一种基于结构函数的半导体分立器件的封装质量检测系统，如图14所示，包括：

温敏系数计算模块101，用于获取的被检测器件在恒温装置中的至少三个温度条件下被施加第一检测电流后的结压值，并根据结压值计算得到被检测器件的温敏系数。

根据国家军用标准规定的GJB128A/GJB548B的半导体分立器件试验方法，选择与被检测器件种类相应的测试电路，搭建测试电路并将被检测器件与测试电路连接。为了避免测试过程中测试电流、加热电流等对电压采集信号的干扰，优选采用测试电流线、加热电流线和电压采集线分开布线的原则搭建测试电路。

通过将被检测器件连接测试电路并放置在恒温装置中，使得检测可以在恒温环境中进行，对于外形规则的器件，可采用干式恒温平台进行温度控制。对于外形不规则的密封型器件，可采用恒温油浴进行温度控制，使用时需将待测器件浸没在液体中以获得恒温环境。

开启恒温装置，将当前温度设置到一个温度点，通过测试电路向被检测器件施加第一检测电流I_M，待恒温装置和被测器件温度均达到稳定后，采集并记录当前温度点下的结压值，其中结压值是指使得器件达到稳定的预设温度点下的施加电压值。温度达到稳定的判定标准包括两种方式，一种可为待测器件的主散热面在预设时间内，如3分钟内的温度波动不超过预设值，如0.5℃，另一种为结压值在预设时间内，如3分钟内的波动不超过预设值，如1mV，两种方式可视具体情况确定。

至少将恒温装置温度调节到三个不同的温度点，分别采集并记录对应温度条件下被检测器件的芯片的结压值。通常取实验室温度25℃为第1个测量温度点，及施加加热功率时芯片最大结温区域范围为最高测量温度点。

第一检测电流的大小可根据具体实施情况而定，其确定的原则包括：I_M必须足够大以获得合理的正向偏压，确保其不被表面漏电效应影响，同时，第一检测电流需尽可能小，以确保测量期间内部产生的热量可以忽略不计，此时，可以认为恒温装置的环境温度与结温相等。

根据测量得到的不同温度点的结压值，通过公式：

$k=\left|\frac{(V_{Hi}-V_{Lo})}{(T_{Hi}-T_{Lo})}\right|$ (四)

进行线性拟合，拟合直线的斜率即为被检测器件的温敏系数k。

其中，T_Hi和T_Lo分别表示高温和低温，V_Hi和V_Lo分别表示高温和低温下的结压值。

结压变化曲线生成模块102，用于分别获取每隔预定采集时间的被检测器件和参照器件在热沉上被施加预定时间的加热电流后、再施加第二检测电流下的结压值，并根据结压值分别得到被检测器件的结压变化曲线和参照器件的结压变化曲线。

被检测器件和参照器件与测试电路连接，优选与计算温敏系数的测试电路相同。

本发明的半导体分立器件的封装质量的检测方法可用于检测同一批次半导体分立器件的封装质量，在这种情况下，参照器件为与被检测器件相同类型的已知的无封装缺陷的良品。本发明的半导体分立器件的封装质量的检测系统还可用于对经历高温老化、温度循环等环境试验后的电子器件进行封装质量进行检测，以判断是否出现封装退化，在这种情况下，参照器件为进行环境试验前的器件，被检测器件为进行环境试验后的同一器件。

本实施方式中，对所述被检测器件和参照器件的结压值测量采用电学法进行测量，以被检测器件为例，将被检测器件放置在控温热沉上，使被检测器件的主要散热面，即外壳，与热沉表面接触。为了使被检测器件与热沉良好的接触，可给热沉上方的待测器件施加一个适量的压力来固定器件。为了达到理想的冷却效果，热沉应良好导热，优选的，热沉采用铜块制成，冷却液体(通常为水)通入铜块中的钻孔来维持恒温。通冷却液的孔离上表面的距离最大不能超过2mm。同时，用一个恒温器控制液体温度，测量并在结果中记录液体或冷却板的温度。

给被检测器件施加预定时间的恒定的加热电流IH，使其加热并达到热稳定状态。通常情况下，预定时间为200s，也可视情况而定。同时，还采集并记录最终的加热功率，包括加热电压和加热电流。在预定时间后将加热电流切换至第二检测电流，每隔预定采集时间采集第二检测电流下被检测器件的结压值，生成被检测器件的结压值随时间变化的结压变化曲线。

其中，第二检测电流小于加热电流，当切换到第二检测电流后，被检测器件处于冷却阶段，得到的被检测器件的结压变化曲线为冷却阶段的结压变化曲线。

优选的，为保证检测结果的准确性，第二检测电流等于第一检测电流。

结构函数曲线生成模块103，用于根据温敏系数将被检测器件的结压变化曲线和参照器件的结压变化曲线分别转换为被检测器件的结构函数曲线和参照器件的结构函数曲线。

结构函数反应了热传导路径上热容和热阻的分布，能够分析器件热传导路径上每层结构的热学信息，当器件内部出现分层或空洞等封装缺陷时，将导致热阻和热容的增加，从而引起结构函数的异常变化，从而能够判断被检测器件是否有封装缺陷。

封装质量分析模块104，用于将被检测器件的结构函数曲线与参照器件的结构函数曲线进行比较，确定被检测器件的封装质量。

由于结构函数能反映器件热流传导路径中每层结构的热阻和热容特性，当器件内部出现分层、空洞等封装、退化等缺陷时，将导致热阻和热容的改变，从而引起结构函数的异常变化。因此，结构函数曲线能够反应元器件的封装质量。

而参照器件为与被检测器件相同类型的已知的无封装缺陷的良品或进行环境试验前的同一器件，通过比对参数器件与被检测器件的结构函数曲线能够确定被检测器件的封装质量。该半导体分立器件封装质量检测系统，利用热阻结构函数进行表征确定被检测器件是否有封装缺陷，无需损坏被检测器件的内部结构。

具体的，封装质量分析模块104包括：

比较单元，将被检测器件的结构函数曲线与参照器件的结构函数曲线放在同一坐标系中。

封装质量确定单元，用于在比较单元的比较结果为被检测器件的结构函数曲线与参照器件的结构函数曲线重合时，确定被检测器件的无封装缺陷；还用于在比较单元的比较结果为被检测器件的结构函数曲线相对于与参照器件的结构函数向右偏移时，确定被检测器件存在封装缺陷。

若被检测器件的结构函数相比参照器件的结构函数向右偏移，则表明被检测器件热流路径上的封装结构存在分层或空洞等缺陷，这是由于分层、空洞等封装缺陷阻碍了热流的有效传输扩散，导致该结构层的热阻逐渐增大。当芯片的粘接层在贮存时间发生老化时，粘接层的热阻也会发生变化。因此，在评估器件的贮存可靠性时，通过测试试验前后热阻值的变化情况，可以有效地评估出是否出现粘接层的退化。

在另一种实施方式中，结构函数曲线生成模块103包括：

结温瞬态响应曲线生成单元，用于根据温敏系数将被检测器件的结压变化曲线和参照器件的结压变化曲线分别转换为被检测器件的结温瞬态响应曲线和参照器件的结温瞬态响应曲线。

结压变化曲线的横坐标为时间，纵坐标为结压值，根据温敏系数根据温敏系数，将结压变化曲线转换成结温瞬态响应曲线，结温瞬态响应曲线的横坐标为时间，纵坐标是结温值，其中结温值是指器件在具有相应结压值时对应的温度值。

结构函数曲线生成单元，用于将被检测器件的结温瞬态响应曲线和参照器件的结温瞬态响应曲线分别转换为被检测器件的结构函数曲线和参照器件的结构函数曲线，结构函数曲线包括积分结构函数曲线和微分结构函数曲线。

通过积分结构函数和微分结构函数可以分析热传导路径上每层结构的热阻以及热容信息。结构函数曲线包括积分结构函数曲线和微分结构函数曲线，积分结构函数曲线是一条热容-热阻函数，曲线上平坦的区域代表器件内部热阻大、热容小的结构，陡峭的区域代表器件内部热阻小、热容大的结构。微分结构函数的纵坐标是热容对热阻的导数，横坐标是热阻。

在另一种实施方式中，如图14所示，还包括：

位置分析模块105，用于根据被检测器件的分层结构及被检测器件的结构函数曲线确定被检测器件的每个分层在结构函数曲线上的位置；

封装质量确定单元，具体用于当确定被检测器件存在封装缺陷时，确定被检测器件的结构函数曲线相对于参照器件的结构函数曲线向右偏移的起始位置所在的分层为被检测器件的封装缺陷部位。

具体的，位置分析模块105，具体包括：

拐点分析单元，用于分析并获取被检测器件的微分结构函数曲线上的拐点信息；

位置分析单元，用于根据拐点信息与被检测器件的分层结构确定被检测器件的每个分层在微分结构函数曲线上的位置，拐点分别对应于相邻两个分层的分界面。其中，拐点在数学上指改变曲线向上或向下方向的点。

本发明的基于结构函数的半导体分立器件的封装质量检测系统，对被检测器件和参照器件的结压进行测定，根据温敏系数，将结压变化曲线转换为结温瞬态响应曲线，再将瞬态响应曲线转换成结构函数曲线，通过结构函数曲线表征被检测器件和参照器件的热阻和热容，通过比对被检测器件和参照器件的结构函数曲线确定被检测器件的封装质量，当确定被检测器件存在封装缺陷时，通过对微分结构函数曲线进行分析，确定缺陷部分。该检测系统利用热阻结构函数进行表征，无需损坏被检测器件，操作方便，检测结果准确。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于结构函数的半导体分立器件封装质量检测方法及系统，包括：将被检测器件连接测试电路并放置在恒温装置中，分别在至少三个不同的温度条件下，向所述被检测器件施加第一检测电流，待所述恒温装置和被检测器件的温度稳定后，采集并记录对应温度条件下所述被检测器件的结压值，得到所述被检测器件的温敏系数；

分别先后将被检测器件和参照器件放置在热沉上，向所述被检测器件和参照器件施加预定时间的加热电流，并在所述预定时间后将所述加热电流切换至第二检测电流，每隔预定采集时间采集所述第二检测电流下所述被检测器件和所述参照器件的结压值，得到所述被检测器件的结压变化曲线和所述参照器件的结压变化曲线；

根据所述温敏系数将所述被检测器件的结压变化曲线和所述参照器件的结压变化曲线分别转换为所述被检测器件的结构函数曲线和所述参照器件的结构函数曲线；

将所述被检测器件的结构函数曲线与所述参照器件的结构函数曲线进行比较，确定所述被检测器件的封装质量。

2.根据权利要求1所述的基于结构函数的半导体分立器件封装质量检测方法，其特征在于，所述将所述被检测器件的结构函数曲线与所述参照器件的结构函数曲线进行比较，确定所述被检测器件的封装质量的步骤包括：

将所述被检测器件的结构函数曲线与所述参照器件的结构函数曲线放在同一坐标系中；

若所述被检测器件的结构函数曲线与所述参照器件的结构函数曲线重合，则确定所述被检测器件无封装缺陷；

若所述被检测器件的结构函数曲线相对于所述参照器件的结构函数曲线向右偏移，则确定所述被检测器件存在封装缺陷。

3.根据权利要求要求1至2任一项所述的基于结构函数的半导体分立器件封装质量检测方法，其特征在于，所述根据所述温敏系数将所述被检测器件的结压变化曲线和所述参照器件的结压变化曲线分别转换为所述被检测器件的结构函数曲线和所述参照器件的结构函数曲线的步骤具体包括：

根据所述温敏系数将所述被检测器件的结压变化曲线和所述参照器件的结压变化曲线分别转换为所述被检测器件的结温瞬态响应曲线和所述参照器件的结温瞬态响应曲线；

将所述被检测器件的结温瞬态响应曲线和所述参照器件的结温瞬态响应曲线分别转换为所述被检测器件的结构函数曲线和所述参照器件的结构函数曲线，所述结构函数曲线包括积分结构函数曲线和微分结构函数曲线。

4.根据权利要求2所述的基于结构函数的半导体分立器件封装质量检测方法，其特征在于，在所述将所述被检测器件的结构函数曲线与所述参照器件的结构函数曲线进行比较，确定所述被检测器件的封装质量的步骤之前，或在确定所述被检测器件存在封装缺陷的步骤后，还包括：

根据所述被检测器件的分层结构及所述被检测器件的结构函数曲线确定所述被检测器件的每个分层在所述结构函数曲线上的位置；

当确定所述被检测器件存在封装缺陷后，确定所述被检测器件的结构函数曲线相对于所述参照器件的结构函数曲线向右偏移的起始位置所在的分层为所述被检测器件的封装缺陷部位。

5.根据权利要求4所述的基于结构函数的半导体分立器件封装质量检测方法，其特征在于，所述根据所述被检测器件的分层结构及所述被检测器件的结构函数曲线确定所述被检测器件的每个分层在所述结构函数曲线上的位置，具体包括：

获取所述被检测器件的微分结构函数曲线上的拐点信息；

根据所述拐点信息与所述被检测器件的分层结构确定所述被检测器件的每个分层在所述微分结构函数曲线上的位置，所述拐点分别对应于相邻两个分层的分界面。

6.一种基于结构函数的半导体分立器件封装质量检测系统，包括：

温敏系数计算模块，用于获取被检测器件在恒温装置中的至少三个温度条件下被施加第一检测电流后的结压值，并根据所述结压时计算得到所述被检测器件的温敏系数；

结压变化曲线生成模块，用于分别获取每隔预定采集时间的所述被检测器件和参照器件在热沉上被施加预定时间的加热电流后、再施加第二检测电流下的结压值，并根据所述结压值分别得到所述被检测器件的结压变化曲线和所述参照器件的结压变化曲线；

结构函数曲线生成模块，用于根据所述温敏系数将所述被检测器件的结压变化曲线和所述参照器件的结压变化曲线分别转换为所述被检测器件的结构函数曲线和所述参照器件的结构函数曲线；

封装质量分析模块，用于将所述被检测器件的结构函数曲线与所述参照器件的结构函数曲线进行比较，确定所述被检测器件的封装质量。

7.根据权利要求6所述的基于结构函数的半导体分立器件封装质量检测系统，其特征在于，所述封装质量分析模块包括：

比较单元，将所述被检测器件的结构函数曲线与所述参照器件的结构函数曲线放在同一坐标系中；

封装质量确定单元，用于在所述比较单元的比较结果为所述被检测器件的结构函数曲线与所述参照器件的结构函数曲线重合时，确定所述被检测器件无封装缺陷；还用于在所述比较单元的比较结果为所述被检测器件的结构函数曲线相对于与所述参照器件的结构函数向右偏移时，确定所述被检测器件存在封装缺陷。

8.根据权利要求6或7所述的基于结构函数的半导体分立器件封装质量检测系统，所述结构函数曲线生成模块包括：

结温瞬态响应曲线生成单元，用于根据所述温敏系数将所述被检测器件的结压变化曲线和所述参照器件的结压变化曲线分别转换为所述被检测器件的结温瞬态响应曲线和所述参照器件的结温瞬态响应曲线；

结构函数曲线生成单元，用于将所述被检测器件的结温瞬态响应曲线和所述参照器件的结温瞬态响应曲线分别转换为所述被检测器件的结构函数曲线和所述参照器件的结构函数曲线，所述结构函数曲线包括积分结构函数曲线和微分结构函数曲线。

9.根据权利要求7所述的基于结构函数的半导体分立器件封装质量检测系统，其特征在于，还包括：

位置分析模块，用于根据所述被检测器件的分层结构及所述被检测器件的结构函数曲线确定所述被检测器件的每个分层在所述结构函数曲线上的位；

所述封装质量确定单元，具体用于当确定所述被检测器件存在封装缺陷时，确定所述被检测器件的结构函数曲线相对于所述参照器件的结构函数曲线向右偏移的起始位置所在的分层为所述被检测器件的封装缺陷部位。

10.根据权利要求9所述的基于结构函数的半导体分立器件封装质量检测系统，其特征在于，所述位置分析模块，具体包括：

拐点分析单元，用于分析并获取所述被检测器件的微分结构函数曲线上的拐点信息；

位置分析单元，用于根据所述拐点信息与所述被检测器件的分层结构确定所述被检测器件的每个分层在所述微分结构函数曲线上的位置，所述拐点分别对应于相邻两个分层的分界面。