结构函数精密分析重要性大增 - 加强功率模组可靠性，功率循环/量测系统首当其冲

　　结构函数精密分析重要性大增

　　结构函数的数学运算相当复杂，但值得花时间了解这相关的技术。图5是一个典型的模组堆叠层及其对应的结构函数示意图。在功率循环测试时，高功率（最大 1，500安培）会输入至元件来进行加热，待稳态后则迅速关闭。依照JESD51-14标准，精细的（微伏）接点正向电压变化会被量测纪录下来，同时藉由复杂的数学演算来建立出结构函数。

　　

　　图5　典型的模组堆叠层及其对应的结构函数

　　功率电晶体接点所产生热会经过各堆叠层，最终扩散到周围环境中，而结构函数显示出元件堆叠层的等效模型，同时亦表示热传导路径上的热阻和热容特性。沿着图中的黑色曲线可了解接点到周围环境中的整体热传路径，横轴部分代表堆叠层的热阻（如晶片焊点、基板焊点及导热膏），其结构较薄，无法储存太多热量，但热阻较大。相反地，曲线中相对垂直的部分，则代表有较大热容的堆叠层（储热能力较高，同时也会产生一些热阻），如基板。

　　结构函数会记录元件在功率循环测试过程中的即时变化，当发现结构函数出现变化时，如图6中所出现的较长的热阻部分，这表示堆叠层中某一层（这里指的是基板焊锡层）发生变化。典型的热阻显著增加可能是因为堆叠层脱层或破裂的关系，因为空气的热传导能力明显低于变化前固体的热传导能力。

　　

　　图6　某层（灰线标注）热阻的增加可能预示着该层脱层或破裂。

　　图 7是个实际的例子。该测试中，每五千次的功率循环测试都会撷取一次结构函数。从测试开始到第一万五千次功率循环测试后，线1所呈现的线形基本上不变，表明元件无任何失效或故障。在第二万次功率循环测试后（线6），我们看到曲线有细微的偏差，这说明某层结构的热阻开始升高。在之后的二万五千、三万和三万五千次功率循环后，线型显示某层结构出现显著劣化，最后导致元件失效。藉由结合功率循环与即时监控结构函数的方式，可以观察到失效的产生并确定失效的原因，毋须将元件从测试设备上取出，即能对测试结果进行分析诊断。

　　

　　图7　元件在功率循环测试三万五千次后明显失效

　　与传统测试方法相比，此测试系统具有明显的优势。传统方法须要反覆循环测试、拆卸元件、实验室验证等过程，非常耗时且无法确定故障原因。采用结合系统和结构函数的技术，用户可设置测试顺序，并自动执行指令，将一开始正常的元件进行测试，直至产品失效，并能即时观察元件失效或故障的原因。此外，此设备可提供较大的电流，供应多个元件同时测试，从而提高处理能力，满足产品样本或品质测试的需求。

　　摆脱传统测试方式弊病　结合功率循环/量测系统势起

　　此测试设备可广泛应用于供应链中的各厂商，如功率电子模组供应商在模组的设计阶段可使用该测试设备。设计完成后的样本生产过程中，同样可使用功率测试设备来测试样本的可靠性指标；若无法通过测试，则可对产品设计进行修改。此外，测试设备还能用来产生产品资料表上的可靠度规格，在生产过程的产品抽验也能使用此设备。

　　初期元件供应商可使用功率测试设备，以验证功率电子供应商所提供的可靠度规格，对原始设计进行测试。最后，高可靠度产品的制造商可藉此设备，以进行最终的合格性测试，保证公司产品的高品质。