IGBT模塊：高級聲學微成像

IGBT模塊有時會出現陶瓷筏的翹曲，這可能會導致來自模具的所需均勻熱量的變形、模具應力以及模具開裂。

利用聲學微成像工具可以對空隙和翹曲等缺陷進行成像分析。大多數已發佈的IGBT模塊和各種元件的聲學微圖像很可能是使用幅度成像模式的C-Scan技術製作的，該模式提供讓人感興趣的非破壞性的平面視圖，但是還有十幾種其他模式，每個都有特定的優勢無損成像和分析樣本。

本文將通過Sonoscan為其C-SAM系列工具開發的整體聲學成像模式，研究IGBT模塊中翹曲陶瓷筏的聲學微成像。每種聲學成像模式都有自己的行為和成像能力，並且以不同的方式處理超聲波信號。

傳感器在超聲中的作用

換能器的工作是將單脈衝超聲波發送到成千上萬的x-y位置。當一個脈衝在某一特定的x-y位置進入樣品時，它會撞擊到材料界面，併發出一定幅度的回波。如果界面處的第二種物質是空氣，反射率接近100％。如果界面在兩個固體之間，則反射可以從接近0％到超過90％，並且超聲的其餘部分將更深地行進，可能被更深的材料界面反射。

返回到換能器的回波攜帶四種類型的信息：回波的幅度、回波的超聲頻率、回波的傳播時間和回波的極性（正或負，由界面處的兩種材料決定）。

廣泛使用的振幅聲學微成像模式在每個x-y位置只顯示電子門內的最高振幅回波信號，以確定像素的振幅(顏色)。它忽略了所有較低幅度的回波，這個數量很多。如果某一特徵所有x-y位置上的所有回波 - 例如模具化合物與模具面之間的結合 - 具有相同的最大回波振幅，那麼每個回波信號將在聲學圖像中以相同的顏色顯示。幅度稍低的回波在確定顏色方面沒有任何作用。這就解釋了模具化合物在空氣界面出現空隙的原因，例如，可能出現堅實的紅色或堅實的白色，這取決於使用的顏色圖。

積分模式

本文中用於製作圖像的積分模式與其他模式的操作方式非常不同。它使用特定x-y位置上的柵極中所有回波的積分來確定像素顏色。積分是示波器顯示曲線面積的總和。由於包含較低振幅的回波，積分模態圖像與僅使用單個最強回波振幅的振幅模態不同。某些接口可能導致一個柵極內的多個或失真的回波，積分模式能夠創建表示柵極內較強和較弱回波的聲學圖像。圖像的觀察者有更多的東西要看，可能會對圖像進行更全面的分析。

使用C-SAM的IGBT模塊成像過程

本文討論的IGBT模塊是使用具有0.75英寸焦距的50MHz換能器的C-SAM工具成像的。IGBT模塊對水非常敏感，即使是最微小的殘留也可能造成洩漏，因此這些模塊通常是由Sonoscan開發的倒置聲學微成像工具從下方通過底板成像的。換能器是顛倒的，就像它的水射流一樣。這裡討論的IGBT是這樣成像的。

圖1. IGBT模塊的示意側視圖

成像開始於單一振幅掃描，從兩個稍微重疊的門收集回波信號。圖1顯示了模塊的圖解側視圖（不按比例）。垂直距離，包括被誇大的筏的彎曲。柵極1從基板和焊料之間的界面延伸到高於假定的焊料中點。第二柵極從焊料的假定中點正下方延伸到焊料與陶瓷筏（柵極2）的假定界面。重疊區域內的要素出現在兩個圖像中。焊料的總厚度約為300微米，由於筏的彎曲，因此厚度存在明顯的局部變化。

由於擔心單個300微米模具會使判斷特定特徵的深度變得更加困難，因此進行了兩次幅度掃描，而不是單次掃描。

柵極1的幅度掃描如圖2所示。各種尺寸的白色特徵是焊料中的空隙。它們處於不同的深度，但都在第一柵極內。有些與基板接口; 其他在焊料中略深。請特別注意中心右側的三角形特徵。

圖2.柵極1的幅度掃描。白色特徵是空隙。

這是一個非常黑的和白色的圖像，因為1）在柵極的大部分區域上，顏色是黑色的，因為沒有空隙的特徵來反射超聲波。2）存在的特徵是充滿空氣的空隙，產生最高振幅的回波。

還有其他一些不那麼明顯的特徵。圖像的底部三分之一顯示出粗大的、輪廓模糊的暗部，或多或少是水平的。這些特徵位於焊料和基板之間的界面上，可能是由於流體焊料在使用時的熱變化造成的。

在左上角是一個明亮的區域，缺乏空洞的清晰輪廓。明亮的反射來自底板和陶瓷筏之間的這個角的界面。木筏嚴重彎曲。在其大部分區域內，焊料厚度低於要求，但筏板的角向上彎曲，基本上通過整個門1和門2的厚度，並與底板接觸，或幾乎與底板接觸，在該區域可能有兩個接口，一個在底板和焊料之間(這裡非常薄)，另一個在焊料和筏板之間。

圖3顯示了柵極2的幅度掃描。該掃描具有與第一次掃描相同的垂直範圍，但由於筏的彎曲，該掃描超出焊料並進入筏板的某些地方。由該門中的任何特徵反射的超聲必須穿過第一柵極才能到達換能器。頂部中心附近有兩個圓形空隙。黑色空洞位於柵極1中，並通過從下方返回的超聲波變成暗聲影，但白色空洞位於柵極2的上部或柵極1中。還有幾個彎曲的細長空洞，其中一些似乎位於兩個柵極，因為這兩個柵極重疊。

圖3. 柵極2的幅度掃描，與柵極1略有重疊。

注意中心附近明顯的大白色空隙。它的右端是黑色的，但在圖2中的相同位置有一個相同形狀的白色特徵。該空隙主要在柵極2中，但右端向上延伸到柵極1 - 或更精確地延伸到重疊區域。

在圖2中圖像底部附近註明的模糊水平特徵在這裡可見為模糊的聲學陰影。在圖像的上部三分之二處的類似顏色但更明顯的特徵可能是來自筏的不同傾斜區域的反射。在圖像的左邊緣附近，筏子如此翹曲，以至於可以看到屬於筏遠側的特徵的直白線。

左上角的亮區很少或沒有焊料是黑色的，因為它位於2號柵極上方。此區域的2號柵極沒有回聲，所以看起來是黑色的。

圖4是圖2和圖3中顯示的垂直範圍的積分模式圖像 - 換句話說，是柵極1和2的整個厚度。由於陶瓷筏被翹曲，圖4中的位置實際上從底板垂直延伸 - 焊料接口進入筏板的大部分並略微超出。

圖4.柵極1和柵極2的積分模式圖像，但使用每個x-y位置的所有回波的平均值來為該位置的像素指定顏色。

關於圖2和圖3 圖四的解析以及積分聲學成像模式的作用的內容請打開下面鏈接進行查看

https://www.eetoday.com/application/control/79919.html