[发明专利]判断功率半导体模块基板拱度的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，尤其是涉及一种应用于判断功率半导体，特别是IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）模块基板拱度的装置及其方法。

背景技术

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是一种在目前被广泛应用于电力电子领域的功率半导体器件，是一种由BJT（双极型三极管）和MOSFET（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。其中，GTR的饱和压降较低，载流密度大，但驱动电流也较大。而MOSFET的驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT则综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。因此，IGBT广泛应用于直流电压为1500V的高压变流系统如电机节能、冶金、新能源、输变电、汽车电子、轨道交通、家用电器等国民经济各领域，是中国建设资源节约型和环境友好型社会不可缺少的关键技术之一。目前，IGBT器件的电压范围己经扩到600至6500伏，电流范围己经扩到几千安培，频率范围己经扩到几十千赫。

IGBT芯片根据电流应用范围采用混合封装技术为基础的多芯片功率模块或传统的分立功率器件封装形式。IGBT模块的尺寸从190mm×140mm×48mm到73mm×140mm×38mm，重量约500g～3000g。其中，基板是大功率IGBT模块必不可少的一部分，用于承载IGBT模块中的衬板，并且与散热器进行连接。它不仅为整个模块提供物理支撑，更是功率模块的散热通道，基板的设计既要保证自身具有良好的物理特性，又要能够实现与DBC（Direct Bonding Copper，直接敷铜）衬板和散热器的良好接触。对于大功率IGBT模块，由于功率损耗很大，应用时要在模块外部安装散热器。IGBT模块封装工艺过程需要经过多个高温加工以及机械组装过程，虽然基板在进行初始设计时为弧形凸起，这样的形状在经过模块封装过程会因热应力、机械应力而产生形变。形变后的基板是否还保持弧形凸起，凸起的变化将影响与散热器进行良好的接触，将直接影响到模块的散热功能。IGBT模块基板背面的翘曲度即被称为基板的拱度。

现有技术IGBT模块封装工艺的整个过程存在以下问题需要判断：

（1）初始基板是否满足设计要求，以及如何快速进行判断；

（2）加工过程后的IGBT模块基板面的轮廓是否满足设计要求，以及如何快速进行判断；

（3）大面积基板的平面度判断，以及平面上凹坑的确认。

在现有技术中，IGBT模块基板在初始时是一个弧面，加工弧面可以通过设备来实现。但是，最终组装成产品后的面很难从外观上来判断面的轮廓，虽然现有技术可以使用大理石平面对这个面进行简易的判断，但不能最终确认整个面的轮廓。同时，大理石平面虽然能够确认是凹面还是凸面，但是无法在得到精确判断的同时满足大批量检测的测量速度需求，只适合于试验检测。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种判断功率半导体模块基板拱度的装置及其方法，能够满足对初始基板轮廓、加工过程基板轮廓、最后成品的轮廓进行判断的需求，能够快速简单地对基板的平面度，以及凹面和凸面进行判断。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种判断功率半导体模块基板拱度的装置的技术实现方案，一种判断IGBT模块基板拱度的装置，包括：

测量模块，对功率半导体模块基板的表面S进行平面取点操作，在所述功率半导体模块基板的表面S测取三个以上的测量点，并将所述测量点的空间位置数据传送至处理模块；

处理模块，根据所述测量模块测得的所述测量点的空间位置数据，经过计算处理得到所述功率半导体模块基板的基准面S′的空间位置数据，进而得到所述功率半导体模块基板的表面S与所述基准面S′的空间位置数据的差值数据，并将所述差值数据输出至显示模块；同时输出平面度数据，计算出所述功率半导体模块基板的最高点位置数据，判断所述最高点位置数据是否合格；

显示模块，接收所述处理模块传送的所述功率半导体模块基板的表面S与所述基准面S′的空间位置数据的差值数据，根据所述空间位置数据的差值数据生成图形，并判断所述图形是否合格，结合所述处理模块的最高点位置数据判断结果输出最终的结果。

优选的，所述处理模块根据所述测量模块测得的N个测量点的空间位置数据Xn，Yn，Zn拟合出唯一的基准面S′，N≥3，所述基准面S′的拟合原则为，所述N个测量点至所述基准面S′的距离的平方和为最小值。