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檢測IGBT模塊: 用超聲波還是X射線?

日期:2024-09-23 04:09
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摘要:通過電氣測試的IGBT模塊可能包含能夠?qū)е路?wù)期間過熱和電氣故陓的層間缺陷。負責(zé)長期可靠性的工程師在確定是否存在間隙型缺陷時有多種選擇。例如他們可以物理地切片(section)IGBT, 并使用光學(xué)顯微鏡來發(fā)現(xiàn)分層、空洞和類似的間隙?!獋€缺點是它們不可能在相交缺陷的—個平面上切片。無論是否出現(xiàn)缺陷,IGBT都會損壞。 兩種好的無損檢測方法是使用 C-SAM'"系統(tǒng)的X射線和聲學(xué)顯微成像。兩者都可以在不損壞IGBT模塊的前提下對其內(nèi)部進行成像,而且有非宗不同的效果。X射線和聲學(xué)顯做鏡是理所當(dāng)然的相輔相成的方法。穿過材料的X射線束在某種程度上被這種材料吸收了,這*終意味著 , 如果材料夠厚或"密度 “足夠,光束的所有能呈都會被吸收,沒有能量會出現(xiàn)在成像材料的另— 邊。當(dāng)X射線束通過一個包含有不同密度的多種材料的樣本時, 任何位置新出現(xiàn)的光束強度均取決于它所穿透的材料。
不同于X射線, 超聲波不是電磁頻譜中的一部分, 但它是機械能。當(dāng)C-SAM®系統(tǒng)脈沖超聲波進入—個材料時, 脈沖 以引起分子運動的波的形式傳播。部分脈沖可能會分散在各 個方向?!┟}沖能量可能被分子吸收, 特別是長、扭曲和靈活的聚合物的分子。超聲波能型可導(dǎo)致分子彎曲。大多數(shù)生產(chǎn)材料都可充分傳送成像的超聲波。另一方面 , 雖然薄樣本的橡膠已經(jīng)成像,但橡膠是迅速吸收超聲波的材料的—個例子。*少吸收的材料是金剛石晶體。
聲學(xué)圖像可顯示內(nèi)部材料界面—一例如對聚合物鍵合
(polymer bond)的金屬——因為材料界面反射了回到用于集合(collection)的傳感器的超聲波。反射的脈沖可報告材料界面引起的回波振幅、界面的極性 , 以及傳播時間。固-固相界面的溫和振幅或多或少, 取決千這兩種固體材料的屬性。
當(dāng)超聲波脈沖攻擊固-氣界面時, 如金屬和空氣填充的 空洞之間的界面 , 結(jié)果有很大的不同,因為這些界面有*高 的振幅。攻擊界面的典型值大千99.99%的能量披反射回傳感器。假設(shè)在陶瓷層和 IGBT模塊焊料之間有— 個<1μ 厚的 間隙。當(dāng)超聲波脈沖攻擊間隙頂部時一—即固-氣界面一— 大千99.99%的脈沖能匾被反射。一小部分脈沖可能會跨越間隙,并遇到間隙底部的氣-固界面 , 此時大千99.99%的非常微弱的脈沖可能被反射。
通過—個給定材料的超聲波傳輸取決于遠低于X射線束

傳輸?shù)脑摬牧系馁|(zhì)雖密度。在陶瓷等一些材料中,高孔隙率(即 , 包括大垃微觀間隙型特征)可能散射超聲波并限制聲學(xué)成像, 但是這些氣孔不會改變固體材料的固有密度。因此 , 在IGBT模塊的成像中 , X射線和超聲波所獲得的 信息有相當(dāng)大的差異X 射線顯示了材料密度的變化 , 而超聲波顯示了內(nèi)部界面的差異。如果有分層, 例如, 在陶瓷層和散熱片之間 , 或更確切地說是在陶瓷層和焊接陶瓷層和散熱片的焊料之間 , 這里的每 個方法將看到:

1)通過分層的X射線光子可能僅會遇到比通過該模塊其他區(qū)域的光子更低的總體密度。不同的是, 對于也許0.5 mm 的距離 , 光束通過的是空氣而不是焊科。這種差異是如此微小, 以至在 X 射線圖像中通??床灰姺謱?, 因此也就不可能確定—次接合界面出現(xiàn)了分層。對千X射線可見的間隙型缺陷 , 為了使間隙在光束衰減條件下出現(xiàn)明顯的差異, 間隙需要有足夠的厚度 , 而IGBT 模塊需要足夠薄。

2)超聲波將幾乎完全被間隙的初始固-氣界面反射。反射幾乎是全部, 無論間隙的厚度是1cm, 還是遠遠小于1微米。


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