CN107544014A - 一种功率器件的失效定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及功率器件的失效分析技术领域，是一种功率器件的失效定位方法。漏电流增大是功率器件失效的主要电学表现形式之一，会大幅度减小器件的使用寿命。本发明提供了一种功率器件的漏电流定位方法。方法包括：对失效功率器件样本进行开封；将开封后的功率器件置于载物台上；固定并调节红外热成像仪，使其显示屏刚好容纳芯片；对功率器件进行电压偏置，找到热点最清晰的偏置电压；对功率器件施加恒定的上述偏置电压，获取该偏置电压下的芯片表面热像图；将上述热像图与芯片物理结构图叠加处理，以准确定位异常漏电流。该方法实施便捷，能精确捕捉热点以及定位失效位置。

Description

一种功率器件的失效定位方法

技术领域

本发明涉及功率器件的芯片级失效分析技术领域，具体涉及一种功率器件的失效定位方法。

背景技术

功率器件广泛应用于消费品、工业、医用及交通运输业，是绿色能源、节能环保的主力产品。保障和提升器件的质量和可靠性是非常重要的课题。优良的器件质量要经历设计、工艺和产品研发、量产、可靠性测试、封装等阶段的反复改进提升，这些都离不开失效分析，甚至包括产品进入系统应用端同样存在失效分析的必要。

功率器件的芯片级及封装级两个阶段最为决定产品的质量，封装级的失效分析会结合TDR检测、X—ray检测及SAM检测等技术展开，而芯片级失效涉及的分析更为复杂，需要的技术方法较多。其中，失效定位是最为关键的步骤。对于功率器件，结构相对简单，它的失效定位就是物理失效定位。失效定位的目的是要找到缺陷在芯片内的物理位置，实现后续缺陷解析的有的放矢。定位越精确，后续的针对缺陷暴露和特性分析就越方便，尤其功率芯片中的缺陷也在随着工艺的发展发生微缩化，定位的精确性更加重要。如对重复元胞构成的分立器件芯片来说，定位的目标是要能确认出失效的单个元胞。

漏电流增大是功率器件失效的主要电学表现形式之一。所谓漏电流，是由于芯片绝缘介质不完全绝缘，而是有一定的阻抗，故存在损耗现象，而这一部份损耗以电流的形式表现出来就是漏电流。当芯片中存在超出其规范的漏电流时，则表明芯片存在严重缺陷。对应造成漏电流增大的缺陷种类涵盖ESD、Latch—up、结间漏电流、热载流子效应、栅氧漏电流等。功率芯片的漏电流失效会大幅度减短器件的使用寿命，因此，如何更好地定位与分析功率器件的漏电流和提高其可靠性，已经成为非常重要的问题。

发明内容

为解决上述功率器件失效分析中的定位技术问题，本发明提供了一种功率器件的漏电流定位方法。

本发明所采用的技术方案是：失效功率器件在外加偏压的条件下，漏电流区域会由于热量的影响产生明显的温度变化，以致与周围其他部分温度不同，检测这些高温区域就实现了间接检测漏电流。通过红外热成像技术对功率器件的芯片表面的温度场进行实时监测，从而有效捕捉热点的物理位置。异常热区代表着存在大电流，而失效点通常就在或靠近热点部位，这样就可以有效定位失效点。包括如下步骤：

1.通过机械开封或化学开封的方法打开失效功率器件样本，使芯片上表面暴露。

2.将上述开封后的功率器件放置在有温控装置的载物台上，设置合适的温度。

3.固定并调节高空间分辨率和热分辨率的红外热成像仪，使其显示屏刚好容纳芯片。

4.对上述红外热成像仪下的功率器件进行电压偏置，所施加电压遵循缓慢增

大再减小的重复过程，观察红外热成像仪的显示屏，热点周期性出现与消失，找到热点最清晰时刻的偏置电压。整个过程在暗房中进行。

5.对功率器件施加恒定的上述偏置电压，获取该偏置电压下的芯片表面热像图。

6.将上述热像图与芯片物理结构图叠加处理，以准确定位异常漏电流。

本发明的有益效果是：红外热成像属于非接触测量技术，不会影响被测目标的温度分布，且具有操作简单方便、响应速度块、灵敏度高、测温范围宽和空间分辨率高的优点，能精确捕捉热点，以定位失效部位，从而为后续的纠正和预防措施提供证据和方向，最终实现功率器件设计成本的下降、研发周期的缩短。

附图说明

图1是本发明的功率器件失效定位设备示意图；

图2是本发明的功率器件失效定位方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步的说明：

如图1所示，本发明专利所述的功率器件失效定位方法所使用的设备由带有温控装置的载物台、与电脑相连接的红外热成像仪以及外部可控电源组成。

如图2所示，本发明专利是一种功率器件的失效定位方法。包括以下步骤：

步骤1：对于非密封性环氧树脂模塑料封装的功率器件采用化学腐蚀的方法进行开封，而对于密封性环氧树脂模塑料封装或者金属封装的功率器件则采用机械方法进行开封，均以开封后不破坏功率器件的电连接为原则，以完全暴露出芯片上表面为目标。

步骤2：将上述开封后的功率器件放置在有温控装置的载物台上，设置合适的温度。

步骤3：固定高空间分辨率和热分辨率的红外热成像仪，调节焦距和测量距离，使其显示屏刚好容纳芯片，并能清晰地观测到芯片表面。

步骤4：对上述红外热成像仪下的功率器件进行电压偏置，所施加电压遵循缓慢增大再减小的重复过程，观察红外热成像仪的显示屏，热点周期性出现与消失，找到热点最清晰时刻的偏置电压。整个过程在暗房中进行。

步骤5：对功率器件施加恒定的上述偏置电压，获取该偏置电压下的芯片表面热像图。

步骤6：将上述热像图与芯片物理结构图叠加处理，以准确定位异常漏电流。

Claims (6)

1.一种功率器件的失效定位方法，其特征在于，包括：

对失效功率器件样本进行开封；

将开封后的功率器件置于载物台上；

固定并调节红外热成像仪，使其显示屏刚好容纳芯片；

对功率器件进行电压偏置，找到热点最清晰的偏置电压；

对功率器件施加恒定的上述偏置电压，获取该偏置电压下的芯片表面热像图；将上述热像图与芯片物理结构图叠加处理，以准确定位异常漏电流。

2.根据权利要求1所述的功率器件的失效定位方法，其特征在于，放置功率器件的载物台带有温控装置，主要用于保持功率器件处于合适的温度，以便显示异常温度区域。

3.根据权利要求1所述的功率器件的失效定位方法，其特征在于，使用红外热成像仪捕捉芯片异常热点，以定位漏电流。

4.根据权利要求1所述的功率器件的失效定位方法，其特征在于，对功率器件进行电压偏置，找到热点最清晰的偏置电压步骤包括：对红外热成像仪下的功率器件进行电压偏置，所施加电压遵循缓慢增大再减小的重复过程，观察红外热成像仪的显示屏，热点周期性出现与消失，找到热点最清晰时刻的偏置电压；其意义在于：偏置状态要保证使失效部位产生足够的电流激发热点，而又不能使其他部位温度明显升高。

5.根据权利要求4所述的功率器件的失效定位方法，其特征在于，整个过程在暗房中进行，以避免太阳光对红外热成像造成干扰。

6.根据权利要求1所述的功率器件的失效定位方法，其特征在于，将获取的芯片表面热像图与芯片物理结构图叠加处理，以清晰明确地显示出功率器件的失效部位。