碳化硅MOSFET中铝线及焊接孔隙检测方案(X射线成像)

SSL-CA20-529Excellence in Science Excellence in ScienceSMX-025 岛津企业管理(中国)有限公司-分析中心Shimadzu (China) Co.， LTD. - Analytical Applications CenterEmail： sshzyan@shimadzu.com.cnTel：86(21)34193996http：//www.shimadzu.com.cn SMX-6000 观察碳化硅 MOSFET 内部结构 SMX-025 摘要：本文介绍了一个运用 SMX-6000 微焦点X射线检查装置的X射线透视及 CT 对碳化硅 MOSFET 的实例观察。针对碳化硅MOSFET 进行透视，观察发现内部碳化硅晶片和铜基体的焊料部分有白色气泡。侧立时发现是使用铝线和碳化硅晶片进行连接。。针对透视图中碳化硅晶片焊接部分使用 CT扫描，能够清晰观察出内部气泡，并进行测量。 关键词：微焦点X射线检查装置CT 碳化化 MOSFET 电力电子器件对提高整个装置的性能指标起着十分重要的作用。随着电动汽车和新能源等电力电子应用领域的蓬勃发展，功率变换器对效率、功率密度和耐高温等方面的要求越来越高。由于硅器件的性能逐渐接近材料理论极限，!以碳化硅为代表的新型功率器件应运而生。碳化硅半导体器件具有导通电阻低、击穿电压高、极限工作温度高等优点，随着碳化硅半导体技术的不断发展，碳化硅 MOSFET 正在兴起。 在碳化硅 MOSFET 的开发与应用方面，，与相同功率等级的硅 MOSFET相比，碳化硅 MOSFET 导通电阻、开关损耗大幅降低，适用于更高的工作频率，另由于其高温工作特性，大大提高了高温稳定性。但是在生产制造过程中，如果碳化硅晶片和铜框架焊接部分有气泡会影响导电和散热性能。本文介绍了一个运用Xslicer SMX-6000 微焦点X射线检查装置(带PCT)的X射线透视及 CT 对碳化硅 MOSFET 内部结构的观察。 实验部分 1.1仪器 SMX-6000 微焦点X射线检查装置(带PCT) 1.2分析条件 X射线透视检查分析条件： X射线 CT检查分析条件： 测试电压：140 KV 测试电压：140 KV 测试电流：100 uA 测试电流：100uA 观察角度：0° 观察角度：45° 扫描模式：清晰 扫描时间：10 min 结果与讨论 2.1X射线透视观察 图1是一个外购的碳化硅 MOFET 外观图。图2是整个碳化硅 MOFET 透视图。针对碳化硅晶片和铜基架焊接部分进行检测。透视图像用黑白的浓淡表示透过内部的X射线剂量的差异。X射线吸收量较多的焊接焊料 部分颜色较深，吸收量少的没有焊料部分颜色较浅。图3透视图可以看到内部很多白色部分，这些部分就是没有焊料的部分，也就是气泡。图4通过软件染色功能进行处理，可根据灰度用颜色显示气泡缺陷，用于直观观察产品结构。通过软件测量功能测量气泡面积比为3.4%，如图5所示。 图1 碳化硅 MOSFET 外观图 图22碳化硅 MOSFET整体透视图 图3碳化硅晶片焊接透视图 图4 碳化硅晶片焊接透视渲染图 图5石碳化硅晶片焊接透视气泡测量图 图6是把样品侧立观察内部结构的。可以观察铝线分布及和碳化硅接触的焊点状态。图7通过颜色渲染可以更直观观察铝线状态。通过尺寸测量功能测量铝线的直径，约0.300mm， 如图8所示。 图6碳化硅 MOSFET 侧立透视图 图7 碳化硅 MOSFET侧立透视渲染图 图8 碳化硅 MOSFET 铝线尺寸测量图 2.2X射线 CT 观察 使用X射线透视时只能看到一个平面，对内部的每层细节部分不能观察。在这种情况下，检查分析可以利用 CT成像获取横断面的数据。针对碳化硅 MOSFET 进行X射线 CT扫描，可以获得CT截面图像，如图9所示。通过颜色渲染，可以更直观观察气泡缺陷，如图10所示。因此，操作人员很容易从一个特定的截面分析和检测出缺陷，并且比透视图像更准确。 通过软件测量功能对气泡进行测量，测的气泡面积比为3.6%，如图11所示。 图9碳化硅晶片焊接 CT图 图10石碳化硅晶片焊接 CT渲染图 图111碳化硅晶片焊接 CT气泡测量图 结论 采用岛津公司的 SMX-6000 设备检查碳化硅 MOSFET 内部结构，可以根据X射线透视和 CT选择合适的观察方法。任何操作人员都可以轻松的在Ⅹ射线透视和 CT 之间任意切换检查样品内部结构，并观察出内部缺陷。对于硅 MOSFET 也适用此方法鉴别。 岛津应用云  采用岛津公司的SMX-6000设备检查碳化硅MOSFET内部结构，可以根据X射线透视和CT选择合适的观察方法。任何操作人员都可以轻松的在X射线透视和CT之间任意切换检查样品内部结构，并观察出内部缺陷。对于硅MOSFET也适用此方法鉴别。