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檢測IGBT模塊: 用超聲波還是X射線?

日期:2020-09-24 07:55
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摘要:通過電氣測試的IGBT模塊可能包含能夠導致服務期間過熱和電氣故陓的層間缺陷。負責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, 並使用光學顯微鏡來發現分層、空洞和類似的間隙。—個缺點是它們不可能在相交缺陷的—個平麵上切片。無論是否出現缺陷,IGBT都會損壞。 兩種好的無損檢測方法是使用 C-SAM'"係統的X射線和聲學顯微成像。兩者都可以在不損壞IGBT模塊的前提下對其內部進行成像,而且有非宗不同的效果。X射線和聲學顯做鏡是理所當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,沒有能量會出現在成像材料的另— 邊。當X射線束通過一個包含有不同密度的多種材料的樣本時, 任何位置新出現的光束強度均取決於它所穿透的材料。
不同於X射線, 超聲波不是電磁頻譜中的一部分, 但它是機械能。當C-SAM®係統脈衝超聲波進入—個材料時, 脈衝 以引起分子運動的波的形式傳播。部分脈衝可能會分散在各 個方向。—些脈衝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。超聲波能型可導致分子彎曲。大多數生產材料都可充分傳送成像的超聲波。另一方麵 , 雖然薄樣本的橡膠已經成像,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。
聲學圖像可顯示內部材料界麵—一例如對聚合物鍵合
(polymer bond)的金屬——因為材料界麵反射了回到用於集合(collection)的傳感器的超聲波。反射的脈衝可報告材料界麵引起的回波振幅、界麵的極性 , 以及傳播時間。固-固相界麵的溫和振幅或多或少, 取決千這兩種固體材料的屬性。
當超聲波脈衝攻擊固-氣界麵時, 如金屬和空氣填充的 空洞之間的界麵 , 結果有很大的不同,因為這些界麵有*高 的振幅。攻擊界麵的典型值大千99.99%的能量披反射回傳感器。假設在陶瓷層和 IGBT模塊焊料之間有— 個<1µ 厚的 間隙。當超聲波脈衝攻擊間隙頂部時一—即固-氣界麵一— 大千99.99%的脈衝能匾被反射。一小部分脈衝可能會跨越間隙,並遇到間隙底部的氣-固界麵 , 此時大千99.99%的非常微弱的脈衝可能被反射。
通過—個給定材料的超聲波傳輸取決於遠低於X射線束

傳輸的該材料的質雖密度。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)可能散射超聲波並限製聲學成像, 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 , 而超聲波顯示了內部界麵的差異。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 , 這裏的每 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域的光子更低的總體密度。不同的是, 對於也許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 射線圖像中通常看不見分層, 因此也就不可能確定—次接合界麵出現了分層。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-氣界麵反射。反射幾乎是全部, 無論間隙的厚度是1cm, 還是遠遠小於1微米。


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