焊接層質(zhì)量對半導(dǎo)體器件性能影響的研究方法、焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，特別是涉及一種焊接層質(zhì)量對半導(dǎo)體器件性能 影響的研究方法W及一種半導(dǎo)體器件中焊接層的焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體的應(yīng)用日益廣泛，尤其是在電子系統(tǒng)中，半導(dǎo)體器件 起到越來越重要的作用。
[0003] 絕緣柵雙極型晶體管，即IGBT，是常見的一種半導(dǎo)體器件，其兼具金屬-氧化層半 導(dǎo)體場效晶體管和雙極型晶體管的優(yōu)點，具有輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動電路簡單、開 關(guān)速度高、電流密度大、飽和壓降低、電流處理能力強等一系列優(yōu)點?；诖?，IGBT越來越 多的用于大功率電子系統(tǒng)中。但隨著電子設(shè)備不斷地微型化和電子密度的不斷提高，IGBT 中元器件的功率密度也在不斷提高，如何保證IGBT的可靠性成為了一個重要研究課題。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中IGBT通常包括；基板、芯片W及固定基板與芯片的焊接層。其中，焊接 層作為IGBT的一個組成部件，其質(zhì)量的好壞與IGBT的可靠性息息相關(guān)。而在焊接層的形 成過程中，空洞是很容易形成的，其形成原因主要是助焊劑在界面的截留。現(xiàn)在焊接層中無 鉛焊料的使用使得焊接層中空洞的出現(xiàn)更加明顯。而焊接層中的空洞的存在將影響焊接的 機械性能，降低導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，降低連接強度、延展性、蠕變和疲勞壽命。而且，空洞的生長 可W連接延展裂紋，使的焊接層中容易出現(xiàn)裂縫、分層等失效現(xiàn)象。此外，焊料中的空洞還 可W增加焊點應(yīng)力應(yīng)變，同時還會導(dǎo)致局部過熱，降低焊點的可靠性，最終導(dǎo)致焊點過早的 失效。
[0005] 由此可見，空洞是焊接中普遍存在的問題。在一些焊接中，空洞率達到5% -20%， 甚至更高的達到了 50%，因此，要保證IGBT的質(zhì)量就要對焊接層進行檢測，了解空洞對 IGBT器件的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種焊接層質(zhì)量對半導(dǎo)體器件性能影響的研究方法W及一 種半導(dǎo)體器件中焊接層的焊接方法，W 了解焊接層中空洞對半導(dǎo)體器件的影響，改進半導(dǎo) 體器件中焊接層的焊接工藝，提高半導(dǎo)體器件的可靠性。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
[0008] -種焊接層質(zhì)量對半導(dǎo)體器件性能影響的研究方法，包括：
[0009] 建立半導(dǎo)體器件模型，所述半導(dǎo)體器件模型包括：基板、芯片W及位于所述基板與 芯片之間的焊接層；
[0010] 固定所述焊接層的空洞位置，改變所述焊接層中的空洞率，檢測所述半導(dǎo)體器件 模型的溫度，獲得焊接層中的空洞率對半導(dǎo)體器件溫度的影響；
[0011] 固定所述焊接層中的空洞率，改變所述焊接層中空洞的位置，檢測所述半導(dǎo)體器 件模型的溫度和應(yīng)力分布，獲得所述焊接層中的空洞位置對半導(dǎo)體器件溫度和應(yīng)力分布的 影響；
[0012] 固定所述焊接層的空洞率和空洞位置，改變所述焊接層的厚度，檢測所述半導(dǎo)體 器件模型溫度和應(yīng)力分布，獲得所述焊接層的厚度對所述半導(dǎo)體器件溫度和應(yīng)力分布的影 響；
[0013] 根據(jù)上述焊接層的厚度、空洞位置W及空洞率對半導(dǎo)體器件性能的影響，獲得焊 接層質(zhì)量對半導(dǎo)體器件的性能影響的研究結(jié)果。
[0014] 優(yōu)選地，固定所述焊接層的空洞位置，改變所述焊接層中的空洞率，檢測所述半導(dǎo) 體器件模型的溫度，獲得焊接層中的空洞率對半導(dǎo)體器件溫度的影響包括：
[0015] 將所述焊接層中的空洞設(shè)置于所述焊接層的中必位置；
[0016] 改變所述焊接層中的空洞率，檢測所述半導(dǎo)體器件模型在不同空洞率下的溫度；
[0017] 根據(jù)所述半導(dǎo)體器件模型在不同空洞率下的溫度，獲得焊接層中的空洞率對半導(dǎo) 體器件溫度的影響。
[0018] 優(yōu)選地，改變所述焊接層中的空洞率，檢測所述半導(dǎo)體器件模型在不同空洞率下 的溫度包括：
[0019] 將所述焊接層中的空洞率依次設(shè)置為0%、3%、5%、10%、20%、50%、70%，檢測 所述半導(dǎo)體器件模型在各個空洞率下的溫度。
[0020] 優(yōu)選地，固定所述焊接層中的空洞率，改變所述焊接層中空洞的位置，檢測所述半 導(dǎo)體器件模型的溫度和應(yīng)力分布，獲得所述焊接層中的空洞位置對半導(dǎo)體器件溫度的影響 包括：
[0021] 將所述焊接層中的空洞率設(shè)置為3%，改變所述焊接層中空洞的位置，檢測所述半 導(dǎo)體器件模型在不同空洞位置下的溫度；
[0022] 將所述焊接層中的空洞率設(shè)置為5%，改變所述焊接層中空洞的位置，檢測所述半 導(dǎo)體器件模型在不同空洞位置下的應(yīng)力分布；
[0023] 根據(jù)所述半導(dǎo)體器件模型在不同空洞位置下的溫度和應(yīng)力分布，獲得所述焊接層 中的空洞位置對半導(dǎo)體器件溫度和應(yīng)力分布的影響。
[0024] 優(yōu)選地，改變所述焊接層中空洞的位置，檢測所述半導(dǎo)體器件模型在不同空洞位 置下的溫度和應(yīng)力分布包括：
[00巧]依次將所述焊接層中的空洞位置設(shè)置在所述焊接層對角線的不同位置，檢測所述 半導(dǎo)體器件模型在不同空洞位置下的溫度和應(yīng)力分布。
[0026] 優(yōu)選地，固定所述焊接層的空洞率和空洞位置，改變所述焊接層的厚度，檢測所述 半導(dǎo)體器件模型溫度和應(yīng)力分布，獲得所述焊接層的厚度對所述半導(dǎo)體器件溫度和應(yīng)力分 布的影響包括：
[0027] 將所述焊接層中的空洞率設(shè)置為0%，即所述焊接層中無空洞；
[0028] 改變所述焊接層的厚度，檢測所述半導(dǎo)體器件模型溫度和應(yīng)力分布；
[0029] 根據(jù)所述半導(dǎo)體模型不同焊接層厚度下的溫度和應(yīng)力分布，獲得所述焊接層的厚 度對所述半導(dǎo)體器件溫度和應(yīng)力分布的影響。
[0030] 優(yōu)選地，改變所述焊接層的厚度，檢測所述半導(dǎo)體器件模型溫度和應(yīng)力分布包 括：
[0031] 將所述焊接層的厚度從0. 035mm逐漸增大到0. 055mm，每增加0. 005mm，檢測一次 所述半導(dǎo)體器件模型溫度和應(yīng)力分布。
[0032] 優(yōu)選地，改變所述焊接層的材料，重復(fù)上述研究方法，驗證所述研究方法獲得的焊 接層質(zhì)量對半導(dǎo)體器件的性能影響的研究結(jié)果。
[0033] -種半導(dǎo)體器件中焊接層的焊接方法，包括：
[0034] 根據(jù)所述的焊接層質(zhì)量對半導(dǎo)體器件性能影響的研究方法中獲得的焊接層質(zhì)量 對半導(dǎo)體器件的性能影響的研究結(jié)果，獲得所述焊接層焊接時提高焊接質(zhì)量的方法；
[0035] 根據(jù)所述焊接層焊接時提高焊接質(zhì)量的方法，焊接所述焊接層。
[0036] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有W下優(yōu)點：
[0037] 本發(fā)明實施例所提供的焊接層質(zhì)量對半導(dǎo)體器件性能影響的研究方法，包括：建 立半導(dǎo)體器件模型，所述半導(dǎo)體器件模型包括：基板、芯片W及位于所述基板與芯片之間的 焊接層；固定所述焊接層的空洞位置，改變所述焊接層中的空洞率，檢測所述半導(dǎo)體器件模 型的溫度，獲得焊接層中的空洞率對半導(dǎo)體器件溫度的影響；固定所述焊接層中的空洞率， 改變所述焊接層中空洞的位置，檢測所述半導(dǎo)體器件模型的溫度和應(yīng)力分布，獲得所述焊 接層中的空洞位置對半導(dǎo)體器件溫度和應(yīng)力分布的影響；固定所述焊接層的空洞率和空洞 位置，改變所述焊接層的厚度，檢測所述半導(dǎo)體器件模型溫度和應(yīng)力分布，獲得所述焊接層 的厚度對所述半導(dǎo)體器件溫度和應(yīng)力分布的影響；根據(jù)上述焊接層的厚度、空洞位置W及 空洞率對半導(dǎo)體器件性能的影響，獲得焊接層質(zhì)量對半導(dǎo)體器件的性能影響的研究結(jié)果。
[0038] 由此可見，利用本發(fā)明實施例所提供的焊接層質(zhì)量對半導(dǎo)體器件性能影響的研究 方法，可W分析焊接層中空洞的多少、空洞的分布W及焊接層厚度對半導(dǎo)體器件的溫度和 應(yīng)力分布影響，從而可W根據(jù)該分析結(jié)果了解焊接層中空洞對半導(dǎo)體器件的影響，改進半 導(dǎo)體器件中焊接層的焊接工藝，提高半導(dǎo)體器件的可靠性。
【附圖說明】
[0039] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明 的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W根據(jù) 送些附圖獲得其他的附圖。
[0040] 圖1為掃描式聲學(xué)顯微鏡對IGBT器件中焊接層的掃描示意圖；
[0041] 圖2為本發(fā)明一種【具體實施方式】所提供的焊接層質(zhì)量對半導(dǎo)體器件性能影響的 研究方法的流程圖；
[0042] 圖3為本發(fā)明一種【具體實施方式】所提供的半導(dǎo)體器件模型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043] 圖4為焊接層