塑封晶體管熱阻問題數(shù)據(jù)研析
塑封晶體管的熱阻，一般由芯片自身的熱阻、芯片與引線框架之間的熱阻、塑封體的熱阻組成。在生產(chǎn)過程中，如果芯片粘接環(huán)節(jié)控制不好，會(huì)使芯片與引線框架間的熱阻大大增加，使用過程中容易因?yàn)榻Y(jié)溫過高而燒毀。
晶體管在工作過程中的熱阻是結(jié)溫的上升數(shù)值與耗散功率之比，一般情況我們把晶體管的表面溫度作為參考溫度，可以得到表達(dá)式如下：Tj為結(jié)溫，Tc為晶體管表面溫度，P為耗散功率。得到這個(gè)表達(dá)式后，對(duì)熱阻測量其實(shí)就可以轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)結(jié)溫、晶體管溫度、耗散功率的測量。但是很顯然，我們很難對(duì)芯片的結(jié)溫進(jìn)行測量。
為了解決這個(gè)問題，正航儀器開展了以下的實(shí)驗(yàn)研究：可以利用結(jié)溫Tj與晶體管發(fā)射結(jié)正向壓降Vbe在一定范圍內(nèi)存在線性關(guān)系這個(gè)特性：M是溫敏系數(shù)。從而我們可以把問題轉(zhuǎn)為對(duì)ΔVbe的測試，這在生產(chǎn)上是可以實(shí)現(xiàn)的。要完成ΔVbe的測試，需要確定以下幾個(gè)參數(shù)：Im(測試電流)、Pt（功率時(shí)間）、Ie（功率電流）、Dt（延遲時(shí)間）、Vcb（C，B極間電壓）。要確定以上這些參數(shù)，需要收集大量的數(shù)據(jù)，以保證所確定的參數(shù)的有效性。但同樣出現(xiàn)一個(gè)問題，我們可以通過測試系統(tǒng)得到龐大的測試數(shù)據(jù)，但對(duì)數(shù)據(jù)的分布規(guī)律與特征，這個(gè)工作需要計(jì)算機(jī)軟件輔助完成。Im（測試電流）：Im在整個(gè)ΔVbe的測試過程中，主要是用來測試用，基本上是一直存在的，對(duì)它的選取有兩個(gè)基本的原則：Im要盡量小，盡量減少因?yàn)镮m的流通而導(dǎo)致的晶體管發(fā)熱。Im也不能太小，要保證所選擇的Im下，晶體管Vbe的工作特性曲線已進(jìn)入線性區(qū)域。設(shè)置不同的Im，對(duì)一批晶體管產(chǎn)品進(jìn)行測試。
繪制成圖形后，可以清晰地看到，在Ib在10mA左右時(shí)已進(jìn)入線性區(qū)域，所以選擇的Im可以定在10mA。Pt（功率時(shí)間）：Pt的時(shí)間設(shè)定，需要根據(jù)ΔVbe變化來定義，所以我們先大致地估計(jì)出其它幾個(gè)參數(shù)，測試出一些ΔVbe數(shù)據(jù)，再來確定功率時(shí)間。功率電流Ie的選擇不能太大，可以根據(jù)芯片的Ic來選擇，比如我們在這里先選擇Ie=Ic=1A。Vcb的選擇不能超過Vce的值，可以在小于Vce的值中選取，在這里選擇Vcb=25V。
然后我們可以從小到大設(shè)置PowerTime的時(shí)間，用此程序?qū)σ慌a(chǎn)品進(jìn)行ΔVbe的測試，為了分析，需將這些數(shù)據(jù)用計(jì)算機(jī)軟件繪制成圖形，如圖所示：
可以看到，在Pt時(shí)間超出60ms后，ΔVbe出現(xiàn)急劇上升的趨勢，那是因?yàn)樵?0ms前芯結(jié)溫從PN向晶體管表面?zhèn)鬟f，60ms后熱量向空氣中擴(kuò)散，所以ΔVbe兩個(gè)階段體現(xiàn)出兩種不同的上升趨勢。確定了ΔVbe的測試條件后，我們需要對(duì)ΔVbe的上下限進(jìn)行設(shè)定，以達(dá)到篩選產(chǎn)品，剔除不良產(chǎn)品的目的。對(duì)一批在線產(chǎn)品進(jìn)行測試，測試產(chǎn)品的數(shù)量為18729只，將得到的數(shù)據(jù)作概率分布，繪制出圖形：
從圖形的顯示情況，我們可以將ΔVbe上下限確定在55mV~67mV。得到完整的ΔVbe測試方法后，就可以用所設(shè)定的程序?qū)ιa(chǎn)中的產(chǎn)品進(jìn)行檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，分析解決。以下為在產(chǎn)線上檢控過程中發(fā)現(xiàn)的幾批異常產(chǎn)品，從軟件繪制出的圖形可以看到，均有些問題，只是程度不一樣。
所顯示的問題是這幾個(gè)批次產(chǎn)品并不完全服從正態(tài)分布，嚴(yán)重的甚至已經(jīng)出現(xiàn)兩個(gè)峰值。發(fā)現(xiàn)ΔVbe的問題后，可以發(fā)現(xiàn)同一天生產(chǎn)的產(chǎn)品，同一批次，dVBE卻分布在兩個(gè)區(qū)間，這個(gè)現(xiàn)象是存在問題的。因?yàn)閐VBE反映的是粘接問題，如果設(shè)備和工藝一致性良好，dVBE的分布也應(yīng)該是集中的，所以基本可以判斷，粘接設(shè)備或者工藝存在不穩(wěn)定的現(xiàn)象。在找到問題發(fā)生的工位后，通過只對(duì)粘接工藝的監(jiān)控，就可以很有效地解決此問題。如果沒有計(jì)算機(jī)軟件的輔助，應(yīng)用傳統(tǒng)的失效分析方法，也可以最終解決此問題，但卻要耗費(fèi)更多人力和物力，而且效果并不是很好。
在傳統(tǒng)的解決方式中，如果ΔVbe的測試數(shù)值沒有超過我們所限定的上下限，我們便不會(huì)對(duì)此作關(guān)注，但像上面幾個(gè)圖形的結(jié)果可以看到，雖然ΔVbe的結(jié)果還在可以接受的范圍內(nèi)，但已經(jīng)有設(shè)備出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀況，導(dǎo)致部分產(chǎn)品ΔVbe偏離了中心值。計(jì)算機(jī)軟件的使用讓我們清晰的發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問題，提前發(fā)現(xiàn)了問題的發(fā)生，而不是在產(chǎn)品真正造成了經(jīng)濟(jì)損失的時(shí)候才回頭查找問題。（本文由正航儀器撰稿）http://66091.cn
