功率半导体模块封装工艺的测试方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种功率半导体模块芯片焊接工艺的测试方法及系统、一种功率半导体模块铝线键合工艺的测试方法及系统，和包括芯片焊接工艺和铝线键合工艺测试的封装工艺的测试方法及系统。本发明用电加热器件模拟工况，通过给电加热器件施加脉冲电压/电流，和/或施加循环测试电压/电流给芯片焊接后的被测件加热，或者给铝线键合后的被测件施加工作电压/电流，和/或施加循环测试电压/电流，采用红外热像仪对被测件进行温度场分布测试；根据被测件或其铝线键合点的温度场分布情况是否有异常，确定芯片焊接工艺和/或铝线键合工艺是否有缺陷。实现了芯片焊接工艺和/或铝线键合工艺的在实际工况条件下动态监测，降低了测试成本。
【专利说明】功率半导体模块封装工艺的测试方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体测试技术，特别涉及功率半导体模块封装工艺的测试方法及系统。
【背景技术】
[0002]目前，绝缘双极型晶体管(IGBT)等功率半导体器件在封装过程中存在着多种工序:芯片焊接一铝线键合一焊接铜底板和DBC—安装外壳一灌注硅凝胶一胶水固化——安装盖板、螺丝等。其中，最为关键的工艺是芯片焊接和铝线的键合，有效的检测这两大关键工艺的质量，显然已经成为了确保最终整个模块正常工作的必要的程序之一。
[0003]对于芯片焊接的工艺的检测，国内外在工业生产方面主要采用X射线检测技术进行检测，这种检测是利用X射线的成像原理，将X射线射到焊接好的芯片上，通过成像的方式，观察焊接处是否有空洞，如果有空洞则说明焊接不好。
[0004]对于铝线键合的工艺的检测，在工业生产方面有两种方式进行检测，一种与芯片焊接工艺的检测方法一样，采用X射线检测技术进行检测。另一种是通过拉力测试的方式，检测键合后的铝线能够承受的拉力，根据其承受的拉力的强弱来判断铝线键合的工艺的好坏。
[0005]通常，X射线检测技术需要非常昂贵的设备，而且也是从静态的角度去检测工艺的好坏，这也并不能代表这样的焊接工艺和铝线键合在工况下的实际情况。而采用拉力测试的方式检测铝线键合也有同样的问题。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种功率半导体模块芯片焊接工艺的测试方法及系统、一种功率半导体模块铝线键合工艺的测试方法及系统，和包括芯片焊接工艺和铝线键合工艺测试的封装工艺的测试方法及系统，以实现芯片焊接工艺和/或铝线键合工艺的在实际工况条件下测试。
[0007]为达到上述目的的一个方面，本发明提供了一种功率半导体模块芯片焊接工艺的测试方法及系统。
[0008]本发明提供的功率半导体模块芯片焊接工艺的测试方法，在功率半导体模块的芯片焊接工艺完成后执彳了如下步骤:
[0009]A、将芯片焊接工艺完成后的被测件放置在电加热器件上，使二者紧密贴合并固定;
[0010]B、模拟实际工况对电加热器件施加不同的脉冲电压/电流；和/或施加循环测试电压/电流;
[0011]C、采用红外热像仪对被测件进行温度场分布测试；
[0012]D、根据被测件的温度场分布情况是否有异常，确定芯片焊接工艺是否有缺陷。
[0013]较佳地，所述步骤D为:判断被测件的温度场中是否有高于平均温度预定度数的点，确定该点对应的芯片位置焊接工艺有空洞缺陷。
[0014]较佳地，所述预定度数可以设置为1-25摄氏度。
[0015]较佳地，预先对实验测试结果进行统计，建立温度场分布异常情况与芯片焊接工 艺缺陷及缺陷量化值对应关系数据库；所述步骤D为:在所述数据库中查找所述被测件的 温度场分布情况，如果查找到，则确定有其对应的芯片焊接工艺缺陷，并给出缺陷量化值。
[0016]较佳地，该方法进一步实时监测电加热器件的电流和电压，根据当前电流和电压， 调整对电加热器件施加的脉冲电压。
[0017]较佳地，该方法进一步采用冷却装置对被测件进行散热降温，并实时监测被测件 的温度，根据当前的温度值，调整冷却装置的工作参数。
[0018]本发明提供的实现上述芯片焊接工艺的测试方法的测试系统，包括:电源单元、控 制单元、大电流开关模块及其驱动单元、电加热器件、红外热像仪和上位机；
[0019]所述控制单元与电源单元、所述驱动单元和上位机分别相连，该电源单元还与大 电流开关模块相连，该驱动单元也与大电流开关模块相连，所述大电流开关模块还与电加 热器件相连；所述上位机还与红外热像仪相连；
[0020]芯片焊接工艺完成后的被测件放置在电加热器件上，二者紧密贴合固定；
[0021]所述控制单元按照上位机发送的不同工况的测试参数，通过控制电源单元和驱动 单元，控制所述大电流开关模块为电加热器件施加不同的脉冲电压/电流；和/或施加循环 测试电压/电流；
[0022]所述上位机产生不同工况的测试参数发送给控制单元，并接收红外热像仪发送的 被测件的温度数据，获得被测件的温度场分布特性，根据被测件的温度场分布情况是否有 异常，确定芯片焊接工艺是否有缺陷。
[0023]较佳地，该系统还包括与上位机相连的数据存储设备；所述数据存储设备，预先存 储温度场分布异常情况与芯片焊接工艺缺陷及缺陷量化值对应关系数据库；所述上位机在 所述数据库中查找所述被测件的温度场分布情况，如果查找到，则确定有其对应的芯片焊 接工艺缺陷，并给出缺陷量化值。
[0024]较佳地，该系统进一步包括与电加热器件相连的电流传感器和电压传感器；所述 电流传感器和电压传感器实时将电加热器件的电流和电压发送给控制单元；所述控制单元 进一步根据当前电流和电压，调整对电加热器件施加的脉冲电压/电流和/或循环测试电
压/电流。
[0025]较佳地，该系统进一步包括设置在被测件下的冷却装置和与之相连的温度传感 器；控制单元进一步接收温度传感器发送的温度信号，根据被测件的温度，向冷却装置发送 工作参数，控制冷却装置为被测件降温。
[0026]较佳地，所述控制单元连接有报警电路，控制单元在电加热器件的电流和/或电 压异常时，通过驱动单元关断电加热器件，并控制报警电路发出声和/或光报警信号。
[0027]为达到上述目的的第二个方面，本发明提供了一种功率半导体模块铝线键合工艺 的测试方法及系统。
[0028]本发明提供的功率半导体模块铝线键合工艺的测试方法，在功率半导体模块的铝 线键合工艺完成后执行如下步骤:
[0029]a、模拟实际工况对铝线键合工艺完成后的被测件施加不同的工作电压/电流；和/或施加循环测试电压/电流；
[0030]b、采用红外热像仪对被测件的铝线键合点进行温度场分布测试；
[0031]C、根据被测件的铝线键合点的温度场分布是否有异常，确定铝线键合工艺是否有缺陷。
[0032]较佳地，所述步骤c为:判断被测件的铝线键合点温度场中是否有高于平均温度预定度数的点，确定该点对应的铝线键合点的键合工艺有裂纹缺陷。
[0033]较佳地，所述预定度数可以设置为1-25摄氏度。
[0034]较佳地，预先对实验测试结果进行统计，建立铝线键合点的温度场分布异常情况与铝线键合工艺缺陷及缺陷量化值对应关系数据库；所述步骤c为:在所述数据库中查找所述被测件的铝线键合点的温度场分布情况，如果查找到，则确定有其对应的铝线键合工艺缺陷，并给出缺陷量化值。
[0035]较佳地，该方法进一步实时监测被测件的电流和电压，根据当前电流和电压，调整对被测件施加的工作电压/电流和/或循环测试电压/电流。
[0036]较佳地，该方法进一步采用冷却装置对被测件进行散热降温，并实时监测被测件的温度，根据当前的温度值，调整冷却装置的工作参数。
[0037]本发明提供的实现所述铝线键合工艺的测试方法的测试系统，包括:电源单元、控制单元、大电流开关模块及其驱动单元、红外热像仪和上位机；
[0038]所述控制单元与电源单元、所述驱动单元和上位机分别相连，该电源单元还与大电流开关模块相连，该驱动单元也与大电流开关模块相连，所述大电流开关模块通过引线与键合工艺完成后的被测件相连；所述上位机还与红外热像仪相连；
[0039]所述控制单元按照上位机发送的不同工况的测试参数，通过控制电源单元和驱动单元，控制所述大电流开关模块对被测件施加不同的工作电压/电流，和/或施加循环测试电压/电流;
[0040]所述上位机产生不同工况的测试参数发送给控制单元，并接收红外热像仪发送的被测件的铝线键合点的温度数据，获得被测件的铝线键合点的温度场分布特性，根据被测件的铝线键合点的温度场分布情况是否有异常，确定铝线键合工艺是否有缺陷。
[0041]较佳地，该系统还包括与上位机相连的数据存储设备；所述数据存储设备，预先存储温度场分布异常情况与铝线键合工艺缺陷及缺陷量化值对应关系数据库；所述上位机在所述数据库中查找所述被测件的铝线键合点的温度场分布情况，如果查找到，则确定有其对应的铝线键合工艺缺陷，并给出缺陷量化值。
[0042]较佳地，该系统进一步包括与被测件相连的电流传感器和电压传感器；所述电流传感器和电压传感器实时将被测件的电流和电压发送给控制单元；所述控制单元进一步根据当前电流和电压，调整对被测件施加的工作电压/电流和/或循环测试电压/电流。
[0043]较佳地，该系统进一步包括设置在被测件下的冷却装置和与之相连的温度传感器；控制单元进一步接收温度传感器发送的温度信号，根据被测件的温度，向冷却装置发送工作参数，控制冷却装置为被测件降温。
[0044]较佳地，所述控制单元连接有报警电路，控制单元在被测件的电流和/或电压异常时，通过驱动单元关断被测件，并控制报警电路发出声和/或光报警信号。
[0045]为达到上述目的的第三个方面，本发明提供了一种功率半导体模块封装工艺的测试方法及系统。
[0046]本发明提供的功率半导体模块封装工艺的测试方法，在芯片焊接工艺完成后执行 上述的芯片焊接工艺的测试步骤；在铝线键合工艺完成后执行上述的铝线键合工艺的测试 步骤。
[0047]本发明提供的功率半导体模块封装工艺的测试系统，包括上述的芯片焊接工艺的 测试系统和铝线键合工艺的测试系统。
[0048]由上述的技术方案可见，本发明用电加热器件模拟工况，通过给电加热器件施加 脉冲电压/电流，和/或施加循环测试电压/电流给芯片焊接后的被测件加热，或者模拟工 况，给铝线键合后的被测件施加工作电压/电流，，和/或施加循环测试电压/电流，采用红 外热像仪对被测件进行温度场分布测试；获得被测件或其铝线键合点的温度场分布特性， 根据被测件或其铝线键合点的温度场分布情况是否有异常，确定芯片焊接工艺和/或铝线 键合工艺是否有缺陷。实现了芯片焊接工艺和/或铝线键合工艺的在实际工况条件下测 试，与现有技术相比，不需要使用昂贵的X射线设备，降低了测试成本。
[0049]另外，本发明在给电加热器件或铝线键合后的被测件施加循环测试电压/电流的 情况下，能够实现在线监测，长时间的循环测试之后可以根据温度场的实时变化，反映由缺 陷带来破坏的整个过程，从而实现动态的监测。
【专利附图】
【附图说明】
[0050]图1为本发明功率半导体模块芯片焊接工艺的测试方法一较佳实施例的流程图；
[0051]图2为实现图1所示测试方法的一较佳实施例的测试系统结构图；
[0052]图3为本发明一种功率半导体模块铝线键合工艺的测试方法一较佳实施例的流 程图；
[0053]图4为实现图3所示测试方法的一较佳实施例的测试系统结构图。
【具体实施方式】
[0054]以下参照附图并举具体实施例对本发明进行详细说明。
[0055]本发明提供了一种功率半导体模块芯片焊接工艺的测试方法及系统、一种功率半 导体模块铝线键合工艺的测试方法及系统，和包括芯片焊接工艺和铝线键合工艺测试的封 装工艺的测试方法及系统，以实现芯片焊接工艺和/或铝线键合工艺的在实际工况条件下 测试。
[0056]以下分别举实施例进行说明。
[0057]首先，对本发明功率半导体模块芯片焊接工艺的测试方法进行说明。
[0058]如图1所示，本发明功率半导体模块芯片焊接工艺的测试方法一较佳实施例包括 如下步骤:
[0059]步骤101，将芯片焊接工艺完成后的被测件放置在电加热器件上，使二者紧密贴合 并固定。
[0060]本实施例中，被测件是焊接了芯片的DBC模块。为了被测件受热均匀，可以采用与 被测件大小相配合的加热电阻或加热件作为电加热器件。
[0061]步骤102，模拟实际工况对电加热器件施加不同的脉冲电压/电流；和/或施加循环测试电压/电流。
[0062]本实施例中，还可以对电加热器件的电流和电压进行实时监测，根据当前电流和电压，调整对电加热器件施加的脉冲电压/电流；和/或循环测试电压/电流。
[0063]本发明通过对电加热器件施加循环测试电压/电流，能够实现在线监测，长时间的循环测试之后可以根据温度场的实时变化，反映由缺陷带来破坏的整个过程，从而实现动态的监测。
[0064]步骤103，采用红外热像仪对被测件进行温度场分布测试。
[0065]本实施例中采用的红外热像仪可以是现有常用的红外热像仪。
[0066]步骤104，根据被测件的温度场分布情况是否有异常，确定芯片焊接工艺是否有缺陷。
[0067]本实施例中，可以采用两种方式确定芯片焊接工艺是否有缺陷。
[0068]第一种:判断被测件的温度场中是否有高于平均温度预定度数的点，确定该点对应的芯片位置焊接工艺有空洞缺陷。
[0069]实际应用中，预定度数可以设置为1-25摄氏度。
[0070]第二种:预先对大量实验测试结果进行统计，建立温度场分布异常情况与芯片焊接工艺缺陷及缺陷量化值对应关系数据库；在所述数据库中查找所述被测件的温度场分布情况，如果查找到，则确定有其对应的芯片焊接工艺缺陷，并给出缺陷量化值。
[0071]另外，本实施例中进一步采用冷却装置对被测件进行散热降温，并实时监测被测件的温度，根据当前的温度值，调整冷却装置的工作参数。
[0072]然后，对本发明实现上芯片焊接工艺的测试方法的测试系统进行说明。
[0073]如图2所示，为实现图1所示测试方法的一较佳实施例的测试系统包括:电源单元201、控制单元202、大电流开关模块203及其驱动单元204、电加热器件205、红外热像仪206、上位机207、数据存储设备208、电流传感器209、电压传感器210、冷却装置211、温度传感器212和显示单元213。
[0074]其中，控制单元202与电源单元201、驱动单元204和上位机207分别相连，该电源单元201还与大电流开关模块203相连，该驱动单元204也与大电流开关模块203相连，大电流开关模块203还与电加热器件205相连。上位机207还与红外热像仪206相连。
[0075]芯片焊接工艺完成后的被测件200放置在电加热器件205上，二者紧密贴合固定。本实施例中，被测件是焊接了芯片的DBC模块。为了被测件受热均匀，可以采用与被测件大小相配合的加热电阻或加热件作为电加热器件。
[0076]如图2所示，控制单元202按照上位机207发送的不同工况的测试参数，通过控制电源单元201和驱动单元204，控制大电流开关模块203为电加热器件205施加不同的脉冲电压/电流；和/或施加循环测试电压/电流。
[0077]如图2所示，上位机207能够产生不同工况的测试参数发送给控制单元202，并接收红外热像仪发送的被测件200的温度数据，获得被测件200的温度场分布特性，根据被测件200的温度场分布情况是否有异常，确定芯片焊接工艺是否有缺陷。
[0078]如图2所示，本实施例的测试系统还包括了与上位机207相连的数据存储设备208，该数据存储设备208，预先存储温度场分布异常情况与芯片焊接工艺缺陷及缺陷量化值对应关系数据库。这样，上位机207就可以在所述数据库中查找所述被测件的温度场分布情况，如果查找到，则确定有其对应的芯片焊接工艺缺陷，并给出缺陷量化值。例如:焊接 空洞的大小。
[0079]如图2所示，为了获得电加热器件205的实时电流和电压，本实施例的测试系统还 包括了与电加热器件205相连的电流传感器209、电压传感器210及与控制单元202相连的 报警电路(图2中未示出)。
[0080]电流传感器209和电压传感器210实时将电加热器件205的电流和电压发送给控 制单元202。控制单元202进一步根据当前电流和电压，调整对电加热器件205施加的脉冲 电压。控制单元202在电加热器件205的电流和/或电压异常时，通过驱动单元204和大 电流开关模块203关断电加热器件，并控制报警电路发出声和/或光报警信号。
[0081]如图2所示，为了防止被测件200过热被损坏，及获得被测件200的实时温度，本 实施例的测试系统还包括了设置在被测件200下的冷却装置211和与之相连的温度传感器 212。控制单元202进一步接收温度传感器212发送的温度信号，根据被测件200的温度， 向冷却装置211发送工作参数，控制冷却装置211为被测件200降温。
[0082]如图2所示，本实施例中为了更直观的看到电加热器件205当前的电流值、电压值 及温度，设置了显示单元213，用于显示电加热器件205当前的电流值、电压值及温度。另 夕卜，加热器件205当前的电流值、电压值及温度等数据也可以发送给上位机207进行显示。
[0083]本实施例中控制单元202可以采用DSP实现，大电流开关模块203可以采用IGBT 模块实现，驱动单元204可以为IGBT模块通用的驱动模块实现。显示单元213可以用LED 显示屏或LCD显示屏来实现。冷却装置211可以采用常用的冷却装置，具体可以是水冷装 置也可以是风冷装置，例如:风扇。因此，控制单元202向冷却装置211发送的工作参数，可 以是风扇的风速或水冷装置的水流速。具体的控制方式与现有技术完全相同，这里不再赘 述。
[0084]以下对该系统具体的工作过程进行说明。
[0085]上位机207控制软件向控制单元202发送脉冲电压(PWM)的占空比、频率、电源电 流I等参数后，向控制单元202发送启动命令。控制单元202便产生相应频率与占空比的 PWM波形输入到驱动单元204，驱动单元204驱动大电流开关模块205的通断，同时控制单 元202向电源单元201发送指令产生特定幅值的电流。
[0086]这样，当电加热器件205内由于有了电流的流通便开始发热，这样热量便会传到 被测件200，本实施例为焊接到DBC模块上的芯片和DBC上，通过被动加热的方式使得焊接 芯片和DBC发热，这样被测件200的表面温度场分布通过红外热像仪206采集并传送至上 位机207中。
[0087]由于芯片正常工作时温度必须在一定的范围内，不能过高，因此本实施例通过冷 却装置211对待测件200进行散热降温，与控制单元202形成温度的闭环控制。
[0088]在进行实际测试时，通过查找数据库，判断被测件200是否有芯片焊接缺陷。数据 库中的数据是预先对大量实验测试结果进行统计，获得的温度场分布异常情况与芯片焊接 工艺缺陷及缺陷量化值对应关系。
[0089]接下来，对本发明功率半导体模块铝线键合工艺的测试方法进行详细说明。
[0090]如图3所示，本发明功率半导体模块铝线键合工艺的测试方法一较佳实施例包括 如下步骤:[0091]步骤301，模拟实际工况对铝线键合工艺完成后的被测件施加不同的工作电压/电流；和/或循环测试电压/电流。本发明通过对被测件施加循环测试电压/电流，能够实现在线监测，长时间的循环测试之后可以根据温度场的实时变化，反映由缺陷带来破坏的整个过程，从而实现动态的监测。
[0092]本实施例中，还可以实时监测被测件的电流和电压，根据当前电流和电压，调整对被测件施加的工作电流。
[0093]步骤302，采用红外热像仪对被测件的铝线键合点进行温度场分布测试。
[0094]本实施例中采用的红外热像仪可以是现有常用的红外热像仪。
[0095]步骤303，根据被测件的铝线键合点的温度场分布是否有异常，确定铝线键合工艺是否有缺陷。
[0096]本实施例中，同样可以采用两种方式确定铝线键合工艺是否有缺陷:
[0097]第一种:判断被测件的铝线键合点温度场中是否有高于平均温度预定度数的点，确定该点对应的铝线键合点的键合工艺有裂纹缺陷。
[0098]实际应用中，预定度数可以设置为1-25摄氏度。
[0099]第二种:预先对大量实验测试结果进行统计，建立铝线键合点的温度场分布异常情况与铝线键合工艺缺陷及缺陷量化值对应关系数据库。在所述数据库中查找所述被测件的铝线键合点的温度场分布情况，如果查找到，则确定有其对应的铝线键合工艺缺陷，并给出缺陷量化值。例如:铝线键合裂纹的大小。
[0100]另外，本实施例中还可以采用冷却装置对被测件进行散热降温，并实时监测被测件的温度，根据当前的温度值，调整冷却装置的工作参数。
[0101]然后，对实现上述铝线键合工艺的测试方法的测试系统进行详细说明。
[0102]如图4所示，为实现图3所示测试方法的一较佳实施例的测试系统包括:电源单元401、控制单元402、大电流开关模块403、驱动单元404、红外热像仪405、上位机406、数据存储设备407、电流传感器408、电压传感器409、冷却装置401、温度传感器411和显示单元412。
[0103]其中，控制单元402与电源单元401、驱动单元404和上位机406分别相连。该电源单元401还与大电流开关模块403相连，该驱动单元404也与大电流开关模块403相连。该大电流开关模块403通过引线与键合工艺完成后的被测件400相连，该406上位机还与红外热像仪405相连。
[0104]如图4所示，控制单元401按照上位机406发送的不同工况的测试参数，通过控制电源单元401和驱动单元404，控制大电流开关模块403对被测件400施加不同的工作电压/电流；和/或循环测试电压/电流。
[0105]上位机406产生不同工况的测试参数发送给控制单元402，并接收红外热像仪405发送的被测件400的铝线键合点的温度数据，获得被测件400的铝线键合点的温度场分布特性，根据被测件400的铝线键合点的温度场分布情况是否有异常，确定铝线键合工艺是否有缺陷。
[0106]如图4所示，本实施例系统还包括与上位机406相连的数据存储设备407。数据存储设备407，预先存储温度场分布异常情况与铝线键合工艺缺陷及缺陷量化值对应关系数据库。这样，上位机406在所述数据库中查找所述被测件400的铝线键合点的温度场分布情况，如果查找到，则确定有其对应的铝线键合工艺缺陷，并给出缺陷量化值。
[0107]如图4所示，为了防止被测件400过流或者过压，及获得被测件400的实时电流和 电压，本实施例的测试系统还包括了与被测件400相连的电流传感器408、电压传感器409 及与控制单元402相连的报警电路(图2中未示出)。
[0108]电流传感器408和电压传感器409实时将被测件400的电流和电压发送给控制单 元402。控制单元402进一步根据当前电流和电压，调整对被测件400施加的工作电流。控 制单元402在被测件400的电流和/或电压异常时，通过驱动单元404和大电流开关模块 403关断被测件400，并控制报警电路发出声和/或光报警信号。
[0109]如图4所示，为了防止被测件400过热被损坏，及获得被测件400的实时温度，本 实施例的测试系统还包括了设置在被测件400下的冷却装置410和与之相连的温度传感器 411。控制单元402进一步接收温度传感器411发送的温度信号，根据被测件400的温度， 向冷却装置410发送工作参数，控制冷却装置410为被测件400降温。
[0110]如图4所示，本实施例中为了更直观的看到被测件400当前的电流值、电压值及温 度，设置了显示单元412，用于显示被测件400当前的电流值、电压值及温度。另外，被测件 400当前的电流值、电压值及温度等数据也可以发送给上位机406进行显示。
[0111]本实施例中控制单元402可以采用DSP实现，大电流开关模块403可以采用IGBT 模块实现，驱动单元404可以为IGBT模块通用的驱动模块实现。显示单元412可以用LED) 显示屏或LCD显示屏来实现。冷却装置410可以采用常用的冷却装置，具体可以是水冷装 置也可以是风冷装置，例如:风扇。因此，控制单元402向冷却装置410发送的工作参数，可 以是风扇的风速或水冷装置的水流速。具体的控制方式与现有技术完全相同，这里不再赘 述。
[0112]本实施例中的被测件为完成了铝线键合的DBC和铜底板，实际应用中，为了便于 测试，可以在DBC上预留测试孔，测试时，通过引线插入预留测试孔将被测件与大电流开关 模块403相连。
[0113]以下对该系统具体的工作过程进行说明。
[0114]上位机406控制软件向控制单元402发送脉冲PWM的占空比、频率、电源电流I等 参数后，向控制单元402发送启动命令。控制单元402便产生相应频率与占空比的PWM波 形输入到驱动单元404。驱动单元404驱动大电流开关模块403的通断，同时控制单元402 向电源单元401发送指令产生特定幅值的电流。电流通过被测件400上的键合铝线流过芯 片和DBC底板，通过主动加热的方式使得焊接芯片和DBC发热，主要是测量键合点的温度场 分布情况，通过键合点温度分布的情况判断键合工艺的好坏。
[0115]由于芯片正常工作时有温度必须在一定的范围内，不能过高，通过冷却装置410 对待测件400进行散热降温，与控制单元402形成温度的闭环控制。
[0116]在进行实际测试时，通过查找数据库，判断被测件400是否有铝线键合缺陷。数据 库中的数据是预先对大量实验测试结果进行统计，获得的温度场分布异常情况与铝线键合 工艺缺陷及缺陷量化值对应关系。
[0117]最后，需要说明的是，本发明提供的功率半导体模块封装工艺的测试方法，就是在 功率半导体模块封装过程中，在芯片焊接工艺完成后执行本发明提供的芯片焊接工艺的测 试步骤，并且在铝线键合工艺完成后执行本发明提供的铝线键合工艺的测试步骤。[0118]同样，本发明提供的功率半导体模块封装工艺的测试系统，就由本发明提供的芯片焊接工艺的测试系统和铝线键合工艺的测试系统组成。具体的，可以由两个独立的芯片焊接工艺测试系统和铝线建立工艺测试系统实现，也可以由共用红外热像仪、上位机和数据存储设备的测试系统实现，其工作原理与前述完全相同，这里不再重复说明。
[0119]这样，在实际生产过程中，采用上述测试系统，通过上述测试步骤确定某个产品的芯片焊接工艺和/或铝线键合工艺有缺陷，就可以及时淘汰该产品，降低有缺陷产品执行后续工艺造成的浪费。
[0120]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种功率半导体模块芯片焊接工艺的测试方法，其特征在于:在功率半导体模块的芯片焊接工艺完成后执行了如下步骤:A、将芯片焊接工艺完成后的被测件放置在电加热器件上，使二者紧密贴合并固定；B、模拟实际工况对电加热器件施加不同的脉冲电压/电流；和/或施加循环测试电压 /电流；C、采用红外热像仪对被测件进行温度场分布测试；D、根据被测件的温度场分布情况是否有异常，确定芯片焊接工艺是否有缺陷。
2.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于:所述步骤D为:判断被测件的温度场中是否有高于平均温度预定度数的点，确定该点对应的芯片位置焊接工艺有空洞缺陷。
3.如权利要求2所述的测试方法，其特征在于:所述预定度数为1-25摄氏度。
4.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于:预先对实验测试结果进行统计，建立温度场分布异常情况与芯片焊接工艺缺陷及缺陷量化值对应关系数据库；所述步骤D为:在所述数据库中查找所述被测件的温度场分布情况，如果查找到，则确定有其对应的芯片焊接工艺缺陷，并给出对应的缺陷量化值。
5.如权利要求1-4任一项所述的测试方法，其特征在于:该方法进一步实时监测电加热器件的电流和电压，根据当前电流和电压，调整对电加热器件施加的脉冲电压/电流和/ 或循环测试电压/电流。
6.如权利要求5所述的测试方法，其特征在于:该方法进一步采用冷却装置对被测件进行散热降温，并实时监测被测件的温度，根据当前的温度值，调整冷却装置的工作参数。
7.一种实现权利要求1所述芯片焊接工艺的测试方法的测试系统，其特征在于:包括电源单元、控制单元、大电流开关模块及其驱动单元、电加热器件、红外热像仪和上位机；所述控制单元与电源单元、所述驱动单元和上位机分别相连,该电源单元还与大电流开关模块相连，该驱动单元也与大电流开关模块相连，所述大电流开关模块还与电加热器件相连；所述上位机还与红外热像仪相连；芯片焊接工艺完成后的被测件放置在电加热器件上，二者紧密贴合固定；所述控制单元按照上位机发送的不同工况的测试参数，通过控制电源单元和驱动单元，控制所述大电流开关模块为电加热器件施加不同的脉冲电压/电流；和/或施加循环测试电压/电流；所述上位机产生不同工况的测试参数发送给控制单元，并接收红外热像仪发送的被测件的温度数据，获得被测件的温度场分布特性，根据被测件的温度场分布情况是否有异常， 确定芯片焊接工艺是否有缺陷。
8.如权利要求7所述的测试系统，其特征在于:该系统还包括与上位机相连的数据存储设备；所述数据存储设备，预先存储温度场分布异常情况与芯片焊接工艺缺陷及缺陷量化值对应关系数据库；所述上位机在所述数据库中查找所述被测件的温度场分布情况，如果查找到，则确定有其对应的芯片焊接工艺缺陷，并给出对应的缺陷量化值。
9.如权利要求7或8所述的测试方系统，其特征在于:该系统进一步包括与电加热器件相连的电流传感器和电压传感器；所述电流传感器和电压传感器实时将电加热器件的电流和电压发送给控制单元； 所述控制单元进一步根据当前电流和电压，调整对电加热器件施加的脉冲电压。
10.如权利要求9所述的测试系统，其特征在于:该系统进一步包括设置在被测件下的冷却装置和与之相连的温度传感器； 控制单元进一步接收温度传感器发送的温度信号，根据被测件的温度，向冷却装置发送工作参数，控制冷却装置为被测件降温。
11.如权利要求10所述的测试系统，其特征在于:所述控制单元连接有报警电路，控制单元在电加热器件的电流和/或电压异常时，通过驱动单元关断电加热器件，并控制报警电路发出声和/或光报警信号。
12.—种功率半导体模块铝线键合工艺的测试方法，其特征在于:在功率半导体模块的铝线键合工艺完成后执行如下步骤: a、模拟实际工况对铝线键合工艺完成后的被测件施加不同的工作电压/电流；和/或施加循环测试电压/电流； b、采用红外热像仪对被测件的铝线键合点进行温度场分布测试； C、根据被测件的铝线键合点的温度场分布是否有异常，确定铝线键合工艺是否有缺陷。
13.如权利要求12所述的测试方法，其特征在于:所述步骤c为:判断被测件的铝线键合点温度场中是否有高于平均温度预定度数的点，确定该点对应的铝线键合点的键合工艺有裂纹缺陷。
14.如权利要求13所述的测试方法，其特征在于:所述预定温度为1-25摄氏度。
15.如权利要求14所述的测试方法，其特征在于:预先对实验测试结果进行统计，建立铝线键合点的温度场分布异常情况与铝线键合工艺缺陷及缺陷量化值对应关系数据库； 所述步骤c为:在所述数据库中查找所述被测件的铝线键合点的温度场分布情况，如果查找到，则确定有其对应的铝线键合工艺缺陷，并给出缺陷量化值。
16.如权利要求12-15任一项所述的测试方法，其特征在于:该方法进一步实时监测被测件的电流和电压，根据当前电流和电压，调整对被测件施加的工作电流。
17.如权利要求16所述的测试方法，其特征在于:该方法进一步采用冷却装置对被测件进行散热降温，并实时监测被测件的温度，根据当前的温度值，调整冷却装置的工作参数。
18.一种实现权利要求12所述铝线键合工艺的测试方法的测试系统，其特征在于:包括电源单元、控制单元、大电流开关模块及其驱动单元、红外热像仪和上位机； 所述控制单元与电源单元、所述驱动单元和上位机分别相连,该电源单元还与大电流开关模块相连，该驱动单元也与大电流开关模块相连，所述大电流开关模块通过引线与键合工艺完成后的被测件相连；所述上位机还与红外热像仪相连； 所述控制单元按照上位机发送的不同工况的测试参数，通过控制电源单元和驱动单元，控制所述大电流开关模块对被测件施加不同的工作电压/电流:和/或施加循环测试电压/电流； 所述上位机产生不同工况的测试参数发送给控制单元，并接收红外热像仪发送的被测件的铝线键合点的温度数据，获得被测件的铝线键合点的温度场分布特性，根据被测件的铝线键合点的温度场分布情况是否有异常，确定铝线键合工艺是否有缺陷。
19.如权利要求18所述的测试系统，其特征在于:该系统还包括与上位机相连的数据存储设备；所述数据存储设备，预先存储温度场分布异常情况与铝线键合工艺缺陷及缺陷量化值对应关系数据库；所述上位机在所述数据库中查找所述被测件的铝线键合点的温度场分布情况，如果查找到，则确定有其对应的铝线键合工艺缺陷，并给出缺陷量化值。
20.如权利要求18或19所述的测试方系统，其特征在于:该系统进一步包括与被测件相连的电流传感器和电压传感器；所述电流传感器和电压传感器实时将被测件的电流和电压发送给控制单元；所述控制单元进一步根据当前电流和电压，调整对对被测件施加的工作电压/电流和 /或循环测试电压/电流。
21.如权利要求20所述的测试系统，其特征在于:该系统进一步包括设置在被测件下的冷却装置和与之相连的温度传感器；控制单元进一步接收温度传感器发送的温度信号，根据被测件的温度，向冷却装置发送工作参数，控制冷却装置为被测件降温。
22.如权利要求21所述的测试系统，其特征在于:所述控制单元连接有报警电路，控制单元在被测件的电流和/或电压异常时，通过驱动单元关断被测件，并控制报警电路发出声和/或光报警信号。
23.一种功率半导体模块封装工艺的测试方法，其特征在于:在芯片焊接工艺完成后执行权利要求1所述的芯片焊接工艺的测试步骤；在铝线键合工艺完成后执行权利要求12 所述的铝线键合工艺的测试步骤。
24.一种功率半导体模块封装工艺的测试系统，其特征在于:包括权利要求7所述的测试系统和权利要求18所述的测试系统。
【文档编号】H01L21/66GK103579032SQ201210254531
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月20日 优先权日:2012年7月20日
【发明者】郑利兵, 花俊, 方化潮, 韩立, 王春雷, 靳鹏云 申请人:中国科学院电工研究所