碳化硅SiC功率器件封装分层缺陷超声SAT检测分析

碳化硅作为近些年大家最关注的第三代半导体核心材料，因其能够承受高功率和高温度而变得非常有用。这些材料还能够制作蓝、绿、紫光二极管和半导体激光器，具有快速的电子迁移率，带隙比较宽，使它们能够承受更高的电压，适用于高频和高温环境，不容易被击穿，其制备的半导体器件具备，耐高压、耐高温、高频、抗辐射等优良电气特性，被广泛应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、5G通讯等领域。今天我们对碳化硅封装的功率器件产生的分层缺陷超声SAT检测分析做探讨。

通常来说以碳化硅材料为衬底制成的半导体功率器件中，常见的封装方式有三种：

金属封装，多用于军工和航天领域；

陶瓷封装，多用于军工和航天领域；

塑料封装，因成本较低，性价比高，市场上目前看到的绝大部分功率器件的封

装类型，目前占到市场的 98%份额。

塑料封装一般采用热固性由环氧树脂做基础酚醛树脂作为固化剂形成的塑封料作为封装材料。保护碳化硅晶片免受外界如空气、外力、温度的影响。同时以固体材料作为热交换源。由于塑封料具有吸湿性和线性膨胀系数的差异，不同材料之间的热应力不同，导致的失效仍然层出不穷影响，在材料结合过程中最易产生分层缺陷。如若带有分层缺陷的碳化硅功率器件流入市场，极易造成整功率器件失效。

Hiwave超声SAM检测MOS器件打线区存在分层缺陷

封装常见缺陷：

1、打线不良造成键合点脱落或者断裂；

2、芯片表面或者管脚打线区存在分层导致键合点脱落或者断裂；

3、芯片表面焊盘存在虚焊；

4、芯片内部存在损伤；

5、芯片绝缘层破裂导致绝缘性降低；

6、芯片表面存在分层导致水汽进入，造成漏电流变大；

7、芯片粘结层或者承载体存在分层导致热量无法有效散出，导致高温情况下温度升高影响参数等。

超声扫描显微镜是一种利用高频超声波传播为媒介的无损检测仪器，简称SAM，由于常用超声C扫描为主要工作模式，也称为超声C-SAM或者超声SAT设备。主要是利用脉冲回波的性质，激励压电换能器发射出点聚焦超声波束通过耦合液介质传递到被测样品，超声波信号在经过不同介质时会发生折射、反射等现象，通过阻抗不同的材料时会发生波形相位、能量上的变化等现象，经过一系列数据采集计算形成灰度值图片，可用来分析样品内部状况。目前超声扫描显微镜是半导体领域最常用的封装分层缺陷检测设备。下图为国产超声扫描显微镜厂家Hiwave在常见的功率器件失效分析检测案例

通过Hiwave超声扫描显微镜检测的案例中，我们可以通过超声设备直接观测到功率器件内部的封装结构以及结合处的焊接质量，辨别封装分层、晶片裂纹、引脚处的孔洞气泡等质量缺陷，在整块IGBT功率模组中我们也可以清晰的看到IGBT模块逐层之间的焊接、封装、胶体填充质量。