CN1395112A - 半导体电路的检测方法和检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种利用对温度记录照相机所拍摄的图像数据进行图像处理而确定各个半导体器件发热过程的方法和装置。所以，可以可靠地确定各个器件的故障，例如因断路引起的不导通和因静电击穿引起的发热异常。

Description

半导体电路的检测方法和检测装置

发明背景

本发明涉及一种检测含有多个半导体器件的半导体电路的方法及其检测装置。

在制作由多个其上安装有多个半导体器件的电路板所构成的各种半导体器件过程中，当把半导体器件组装到电路板上后，在将其运到或转入下一个工艺前要先检测所述半导体电路板(工件)的性能。在进行性能检测的操作中，一般来说，是通过对所述半导体器件施加工作电流而检查工件的质量(有无缺陷)，并对每一个半导体器件是否工作都进行测试。

前述的测试方法和装置不能在所有情形中为整个电路中的每一个半导体器件提供完整的测试。例如：在含有多个相互并联的半导体器件的半导体电路中，如果由于开路而使一个半导体器件没有连上，电流将流到别的器件上，从而将检测到该工件无故障检测。

由于知道了测试过程中的这种缺陷，所以已经提出通过使超过通常限定值的大电流流过来检测被断开器件的存在。但是，如果把这样的大电流输入该工件进行测试，在存在故障器件时，别的正常器件也可能全都被损坏。这不仅浪费工件也降低了生产率，从而增加了每件的成本。因此，不进行百分之百的检测而进行一批中检测一个的抽样检测。很显然，这将使得检测结果不够可靠。

在此情形中，即使可以确定整个工件的工作性能变劣，也不能确定哪个器件有故障。另一方面，如果要对所有的器件单独进行检测，则将需要具有多个精密探针的检测装置。在这种情况下，上述检测装置将很复杂而且很贵。而且，如果像实际使用时那样给每个工件施加相同的负载电压和电流，则这样的供电装置和负载设备会很贵。

另外，如果其中的一个器件仅出现很小的静电击穿，将会使得电流流过，这将通过传统检测方法。在出现这种静电击穿的情况下，上述器件最初还工作，但随着它的使用将加剧该故障器件的毁坏，使得整个电路不能工作并减少了该电路的寿命。

基于此，本发明的一个目的在于：提供一种用于检测半导体电路的检测方法和检测装置，即使其中的多个半导体器件相互并联，它也能够可靠地确定电路中每个器件的性能(有无缺陷)。

发明概述

本发明用于体现一种用于检测含有多个相互连接的半导体器件的半导体电路的方法。该方法包括以下步骤：给所述电路施加电负载；用温度记录照相机拍摄电路图，以检测每个半导体器件相应于所加负载而产生的热；和基于所产生的热确定电路和各个半导体器件的品质。

在一个优选实施例中，在不同的时间点测量上述各器件的温度，并基于所测得的温度差确定该器件的品质(有无缺陷)。

本发明的另一个特征体现于一种对由含有多个相连的半导体器件的半导体电路所构成的工件的检测装置。所述的检测装置包括一个装置机身，其上设置将被检测的工件。还设有一用于根据使用情况向工件提供负载的负载电路，并且还设有一通过所述负载电路向工件提供工作电流的电压源。一驱动波发生电路给该工件提供驱动信号。一温度记录照相机拍摄置于该装置机身上的工件图片，并用一图像处理器接收来自该温度记录照相机的信号。最后，用一控制器控制该检测装置以执行检测程序。

附图简介

图1是本发明的半导体电路检测装置的示意图，根据本发明所述的检测装置能够执行检测操作；

图2是采用图1所示检测装置的检测方法的流程图，它能实现体现本发明的方法；

图3是根据图2所示的流程图而实施本发明的时间表；

图4与图3部分相似，但它示意的是根据本发明的另一实施例所获得的结果；

图5是本发明中被检测电路中所采用的铝基板的顶视图；

图6与图5部分相似，但它是安装于铝基板上的芯片和其他器件的顶视图；

图7是图6所示结构的侧面立视图；

图8是与本发明中被检测电路一起使用的电动机车中所用的电动机控制单元的顶视平面图；

图9是所述电动机控制单元的侧面立视图；

图10是所述电动机控制单元的端面立视图；

图11是与图8部分相似的顶视图；但其中去除了密封化合物且用实线示意其中所含的部件；

图12是与图9部分相似的侧面立视图，但其中去除了密封化合物且用实线示意其中所含的部件；

图13是与图10部分相似的端面立视图，但其中去除了密封化合物且用实线示意其中所含的部件。

详细描述

现在详细描述各附图，首先参见图1，它是根据本发明的一个实施例而构造和操作的半导体电路检测装置的方框图，所述的检测装置一般用附图标记21表示。称为工件的印刷电路板将作为一个特例在后面结合附图5-13进行描述，通常用附图标记22表示。工件21被置于适当类型的检测装置机身(未示出)中。

电源23通过负载电路24与工件22相连。所述的负载电路24是一个承载等于或小于实际使用中所承载的负载大小的电路，施加给工件22，以检测该工件22的品质或特性。

所述的电源23与控制装置25相连。所述的控制装置25通过控制电源23而控制工件的开/关。控制装置25经由驱动波发生电路26与工件22相连。所述的驱动波发生电路26产生驱动信号，以打开将被检测的半导体器件，并把该信号施加给工件22的多个FET。

在置于上述装置机身上的工件22上方设置用于拍摄工件22的图片的温度记录照相机。所述的温度记录照相机27拍摄工件22的图像，并把热图像数据传给图像处理机28。所述的图像处理机28处理所述的热图像数据，并根据控制装置25中的程序或输入信号进行温度计算等。所计算的结果显示于监测器29上。

下面将结合附图2描述本发明的优选实施方法，图2是利用图1所示检测装置的半导体电路检测方法的流程图。同时参考图3所示的时间和温度表。程序由步骤S1开始，在此步骤中用手动或通过GPIB通信线等从控制装置25中输出的输入命令来开启工件控制电源23(图1)。此时或稍在此前，用温度记录照相机27拍摄工件22的各个器件(图5-7中的二极管33或FET 34)的图像，并把这些热图像数据传送给图像处理机28。

然后，在步骤S2中，从驱动波发生电路26输出的用于开启半导体器件(FET)的驱动信号设为ON。步骤S2的操作可以与步骤S1同时进行。在执行步骤S1和S2之后，工件22的多个FET 34开始工作，其温度将增加。步骤S1和S2的执行时间为图3所示时间表中的t0。

此后，在时间t1所执行的步骤S3中用图像处理机28检测工件22的每个FET 34的温度T1。而后，在步骤S4中确定温度T1是否在预定的允许范围内(在正常操作的温度范围内)。如果是，则将在步骤S5中在时间t2时从热图像数据检测温度T2。

在步骤S6中确定温度T2是否在预定的允许范围内(在正常操作的温度范围内)。如果步骤S7中温度T2正常，那么在时间t3时通过驱动波发生电路26施加给工件22的驱动信号被关掉。其后，在步骤S7之后的步骤S8中或图3所示的同一时间，关掉电源23。从而，完成了检测所需的电流提供，并且如图3所示器件的温度开始下降。

在步骤S9中，从步骤S3，S5中所测得的温度数据T1，T2中计算温度差OLE-LINK(ΔT＝T1-T2)。由此计算出每个FET 34从t1到t2的升温。然后，在步骤S10中确定步骤9中所计算出的温升值ΔT是否在常规装置的温升范围之内。

把以如上所述的温差来确定各个器件34的品质(有无缺陷)所得出的结果，与仅从T1或T2所确定的结果相比较，便可基于器件本身的热产生特性而确定各个器件的品质(有无缺陷)，而不会受到各个器件特殊性质分布或生产线中所有器件间或各批量间的特性分布的影响，也不会受到该装置或器件的温度或检测初期的环境温度的影响，因此增强了检测的可靠性。

此外，即使T1和T2在步骤S4和S6中分别都正常，温差值ΔT也可能超出基于步骤S4，S6中的T1和T2标准范围的正常范围，所以优选在步骤S4，S6基础上再执行步骤S10以确定T1，T2。

此后，如果步骤S11中的ΔT值正常，则在监测器屏幕上和其他指示灯上显示OK信号，表明工件的检测结果正常。

如上所述，如果步骤S4或S5中的温度T1或T2超出正常范围，则程序将转入步骤S12，此时驱动波发生电路26被关掉。步骤S12后或同时，步骤S13中电源23被关掉。由于没有发现器件异常，所以该步骤的目的在于结束检测。

如果在步骤S4，S6和S10中确定工件异常，则在监测器屏幕或其他指示灯上显示NG信号，表明步骤S14中器件有故障。

图4是本发明另一实施例的示意图，其中采用了另一种确定器件有故障的方法。上述方法基于这样的事实，即当某一器件中输入电流时该器件自然会发生温度变化。而且，由于器件的焊接缺陷或在焊接处发生虚焊使得电阻值增加，从而使温度改变，这也是公知的。

因此，根据上述方法，在检测电流输入工件后，通过至少检测三个时间点的温度来确定每个器件的温度变化。把每个器件的温度变化与产生静电击穿或产生虚焊时的已知温度图相比较，来检测器件有无故障和产生故障的原因。

例如，如图4所示，对于正常的器件来说，一个焊接处发生虚焊的器件，在施加驱动信号时，将出现一个更显著的、向上突起的温度外形的升温趋势。所以，如果在不同的时间点检测温度两次以上，可以获得一个通常的温度变化图，而且也可以确定因虚焊所引起故障的器件。

对于一个具有因静电击穿而引起异常VGS-IV特性的器件，由于已知其通常的温度变化图，所以如果在不同的时间点检测器件的温度两次以上来测得其温度变化图，则可以确定具有静电击穿的器件。

现参考图5-13，其显示了一种特殊类型的工件，该工件可用已描述的装置和方法进行检测，并显示了一个实施例，其中带有器件的基板可用作驱动电动机车的电动机控制单元。

如图5-7中所示，器件22由形成于铝基板31上的铜传导图案(未示出)构成，且该传导图案上涂覆了一层阻焊剂32。通过刻制阻焊剂32，可以形成电动机控制电路的组成区二极管台阶状图案33和FET台阶状图案34。在铝基板31上的三个位置形成该控制电路的输出端35a，35b和35c，且每个输出端都分别具有两个输出端孔36。该铝基板31的四个角上设有用于固定壳体的安装孔37，参见后面结合图8-13所进行的描述。此外，在基板上还设有一个形成该驱动电路另一组成部件的栅电阻38。

把二极管39焊接在各个二极管台阶状图案33内，FET 41焊接在各个FET台阶状图案34内。用树脂42分别密封或封装每个二极管39。沿连接头44用树脂43密封每个FET 41。可以选择线性膨胀系数为(15-30)×10^-6/℃的市售可得的液态密封材料，用作封装这些二极管39和FET 41的密封材料。例如，分别为15×10^-6/℃和22×10^-6/℃的线性膨胀系数分别约为铜和铝的线性膨胀系数的密封材料，它们在市场上很容易得到。

现在参见图8-13，这些图示意了如何构造与图5-7中所示铝基板31共同工作的整个电动机控制单元，通常用附图标记45来表示该电动机控制单元，它包括壳体46中所含的驱动控制电路，该驱动控制电路由前面结合图4-6所述的铝基板31构成。

壳体46由铝或铝合金金属材料挤压而成。壳体46为两端开口的圆柱状。从它的外圆周表面伸出多个平行排列的突起47。这些突起47增加了该壳体46的表面面积，使得热辐射增大，且增加了该壳体46的刚性和强度。

在铝基板31上还安装构成驱动控制电路的其他器件，例如构成驱动控制电路的电介质电容器(图11)。而且，端部连接板49a，49b和49c与前述的输出端35a，35b和35c相连。该控制电路的每条信号线都通过电缆51和耦合器52与开关及机车侧上的其他驱动或控制部件相连。输出端53经由前述的输出端孔37从铝基板31底面伸出。所述的铝基板31和安装于其上的电学元件都置于壳体46内，并用树脂54封装或密封。

如上所述，本发明中用温度记录照相机拍摄图像数据的成像过程使得各个半导体器件的热发生过程得以检测。因此，各个器件的故障例如因断路引起的不导通和因静电击穿引起的异常热过程得以可靠检测。当然，本领域中的普通技术人员能够容易理解：前面的描述只是该测试方法和装置的优选实施例，并且在不偏离本发明精神和由所附权利要求书所限定的保护范围的情形下可以对其作各种修改和变化。

Claims (6)

1、一种检测含有多个相连半导体器件的半导体电路的方法，包括以下步骤：对所述电路施加电负载；用温度记录照相机拍摄所述电路图像，以检测每个半导体器件相应于所加负载而发生的热过程；和基于上述的热过程确定所述电路和各半导体器件的品质。

2、一种如权利要求1所述的半导体电路检测方法，其中至少一些所述的半导体器件并联。

3、一种如权利要求1所述的半导体电路检测方法，其中在不同时间点检测所述半导体器件的温度，并且基于所述的温度差确定所述电路和各半导体器件的品质。

4、一种如权利要求3所述的半导体电路检测方法，其中在不同时间点检测所述半导体器件的温度至少两次，以测得每个半导体器件的发热特性，并基于所得的发热特性确定所述电路和半导体器件的品质和如果所述电路和半导体器件被确定有故障的故障原因。

5、一种如权利要求4所述的半导体电路检测方法，其中所述半导体器件是安装在旋转设备控制单元中的功率控制动力装置。

6、一种对工件进行检测的装置，所述的工件由含有多个相连的半导体器件的半导体电路构成，所述装置中包括：一个在其上放置被检测工件的机身；一个根据使用情况而提供负载给工件的负载电路；一个用于通过所述负载电路给工件提供工作电流的电源；一个用于给所述工件提供驱动信号的驱动波发生电路；一个置于所述装置机身上用于拍摄所述工件图像的温度记录照相机；一个与所述温度记录照相机相连的图像处理机；和一个用于控制所述检测装置的检测程序的控制器。

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