功率半導(dǎo)體器件：封裝、測(cè)試和可靠性

第1章功率半導(dǎo)體器件 1
1.1器件的應(yīng)用和發(fā)展1
1.2材料特性分析4
1.2.1硅材料5
1.2.2碳化硅材料6
1.2.3氮化鎵材料7
1.2.4砷化鎵材料8
1.2.5其他半導(dǎo)體材料8
1.3功率半導(dǎo)體器件分類10
1.4器件工作原理11
1.4.1PiN二極管11
1.4.2MOS器件15
1.4.3IGBT器件23
1.4.4GaN器件26
1.4.5GaAs二極管31
1.5半導(dǎo)體仿真分析32
1.5.1TCAD仿真概述33
1.5.2仿真結(jié)構(gòu)33
1.5.3物理模型34
1.5.4準(zhǔn)靜態(tài)掃描35
1.5.5瞬態(tài)掃描36
1.6晶圓級(jí)測(cè)試38
1.7小結(jié)41
參考文獻(xiàn)42
第2章功率器件的封裝 43
2.1封裝的目的和意義43
2.2分立式封裝44
2.2.1分立式封裝的特點(diǎn)44
2.2.2分立式封裝的材料45
2.2.3分立式封裝的工藝47
2.2.4分立式封裝的設(shè)備50
2.3模塊式封裝52
2.3.1模塊式封裝的特點(diǎn)52
2.3.2模塊式封裝的材料54
2.3.3模塊式封裝的工藝56
2.3.4模塊式封裝的設(shè)備57
2.4壓接型封裝58
2.4.1壓接型封裝的特點(diǎn)58
2.4.2壓接型封裝的材料62
2.4.3壓接型封裝的工藝64
2.4.4壓接型封裝的設(shè)備65
2.5器件數(shù)據(jù)表的解讀67
2.5.1穩(wěn)態(tài)額定值67
2.5.2靜態(tài)參數(shù)69
2.5.3動(dòng)態(tài)參數(shù)70
2.5.4熱學(xué)參數(shù)解讀71
2.5.5極限能力參數(shù)解讀72
2.6柵極驅(qū)動(dòng)技術(shù)73
2.6.1柵極驅(qū)動(dòng)的必要性及難點(diǎn)73
2.6.2柵極驅(qū)動(dòng)的保護(hù)功能79
2.7器件封裝的仿真分析82
2.7.1電流均衡仿真技術(shù)83
2.7.2結(jié)溫及分布仿真技術(shù)87
2.7.3熱應(yīng)力仿真技術(shù)88
2.8小結(jié)90
參考文獻(xiàn)90
第3章器件特性測(cè)試 92
3.1器件靜態(tài)參數(shù)測(cè)試92
3.1.1測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)分析92
3.1.2測(cè)試技術(shù)和設(shè)備93
3.1.3正向壓降測(cè)試94
3.1.4柵極漏電流測(cè)試95
3.1.5集射極阻斷特性測(cè)試95
3.1.6閾值電壓測(cè)試96
3.2器件動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試97
3.2.1測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)分析97
3.2.2測(cè)試技術(shù)和設(shè)備97
3.2.3測(cè)試參數(shù)分析98
3.2.4測(cè)試難點(diǎn)分析103
3.3器件熱學(xué)參數(shù)測(cè)試104
3.3.1熱阻的定義104
3.3.2熱阻測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和方法107
3.3.3熱電偶法112
3.3.4瞬態(tài)雙界面法121
3.3.5結(jié)構(gòu)函數(shù)法123
3.4小結(jié)127
參考文獻(xiàn)127
第4章器件結(jié)溫測(cè)量 128
4.1結(jié)溫的定義128
4.2結(jié)溫測(cè)量方法129
4.2.1物理接觸法129
4.2.2光學(xué)測(cè)量法130
4.2.3溫敏電參數(shù)法131
4.2.4其他方法132
4.3基于通態(tài)特性的測(cè)試方法134
4.3.1大電流飽和壓降法134
4.3.2小電流飽和壓降法138
4.3.3閾值電壓法139
4.4基于動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試方法141
4.4.1時(shí)間測(cè)量141
4.4.2斜率測(cè)量141
4.5基于封裝特性的測(cè)試方法142
4.5.1寄生電感142
4.5.2柵極內(nèi)部電阻142
4.6結(jié)溫分布測(cè)量143
4.6.1多芯片并聯(lián)結(jié)溫分布143
4.6.2單芯片溫度分布146
4.7小結(jié)149
參考文獻(xiàn)149
第5章器件極限能力測(cè)試 151
5.1極限能力的定義151
5.1.1反偏安全工作區(qū)（RBSOA）153
5.1.2短路安全工作區(qū)（SCSOA）154
5.1.3正偏安全工作區(qū)（FBSOA）156
5.2短路能力測(cè)試158
5.2.1短路測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)158
5.2.2短路特性介紹160
5.2.3短路測(cè)試原理162
5.2.4短路測(cè)試設(shè)備167
5.2.5短路保護(hù)技術(shù)170
5.2.6短路對(duì)封裝的影響172
5.2.7短路能力提升技術(shù)174
5.3極限關(guān)斷能力測(cè)試175
5.3.1極限關(guān)斷能力的定義175
5.3.2極限關(guān)斷能力表征177
5.3.3IGBT極限關(guān)斷能力提升179
5.4浪涌能力測(cè)試180
5.4.1浪涌能力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)181
5.4.2浪涌能力測(cè)試技術(shù)和設(shè)備181
5.4.3外置反并聯(lián)二極管浪涌能力184
5.4.4SiC MOSFET體二極管浪涌能力191
5.4.5浪涌能力提升技術(shù)193
5.5小結(jié)195
參考文獻(xiàn)196
第6章環(huán)境可靠性測(cè)試 197
6.1可靠性測(cè)試?yán)碚?97
6.2環(huán)境可靠性測(cè)試分類201
6.3機(jī)械振動(dòng)202
6.3.1測(cè)試技術(shù)202
6.3.2測(cè)試設(shè)備203
6.3.3失效機(jī)理205
6.4機(jī)械沖擊205
6.4.1測(cè)試技術(shù)205
6.4.2測(cè)試設(shè)備206
6.4.3失效機(jī)理206
6.5溫度沖擊207
6.5.1測(cè)試技術(shù)207
6.5.2測(cè)試設(shè)備208
6.5.3失效機(jī)理209
6.6高低溫存儲(chǔ)210
6.6.1測(cè)試技術(shù)210
6.6.2測(cè)試設(shè)備210
6.6.3失效機(jī)理211
6.7小結(jié)212
參考文獻(xiàn)213
第7章電應(yīng)力可靠性測(cè)試 214
7.1壽命可靠性測(cè)試分類214
7.2測(cè)試技術(shù)和設(shè)備215
7.3高溫柵偏測(cè)試216
7.3.1測(cè)試原理和方法216
7.3.2失效機(jī)理和判定218
7.3.3可靠性提升技術(shù)222
7.4高溫反偏測(cè)試223
7.4.1測(cè)試原理和方法223
7.4.2失效機(jī)理和判定225
7.4.3可靠性提升技術(shù)231
7.5高溫高濕反偏測(cè)試233
7.5.1測(cè)試原理和方法233
7.5.2失效機(jī)理和判定236
7.5.3可靠性提升技術(shù)240
7.6仿真分析技術(shù)242
7.6.1環(huán)境溫度的仿真243
7.6.2偏置電壓的仿真243
7.6.3環(huán)境濕度的仿真244
7.7未來發(fā)展方向249
參考文獻(xiàn)249
第8章功率循環(huán)測(cè)試 252
8.1測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)252
8.1.1IEC標(biāo)準(zhǔn)252
8.1.2MIL標(biāo)準(zhǔn)254
8.1.3JESD標(biāo)準(zhǔn)254
8.1.4AQG 324255
8.2測(cè)試方法分類260
8.2.1DC功率循環(huán)261
8.2.2帶開關(guān)損耗的DC功率循環(huán)263
8.2.3PWM（AC）功率循環(huán)265
8.2.4對(duì)比分析270
8.3失效形式和機(jī)理分析271
8.3.1鍵合線失效274
8.3.2焊料失效290
8.3.3表面鋁層金屬化306
8.3.4其他失效309
8.3.5數(shù)值分析312
8.4功率循環(huán)測(cè)試方法313
8.4.1測(cè)試技術(shù)313
8.4.2測(cè)試方法318
8.4.3測(cè)試設(shè)備323
8.5壽命模型分析334
8.5.1經(jīng)驗(yàn)壽命模型334
8.5.2物理壽命模型337
8.5.3關(guān)鍵參數(shù)影響機(jī)理344
8.5.4壽命預(yù)測(cè)技術(shù)348
8.6數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論351
8.6.1樣本選擇原則352
8.6.2可靠性數(shù)理統(tǒng)計(jì)354
8.7有限元仿真技術(shù)357
8.7.1仿真模型的校準(zhǔn)技術(shù)357
8.7.2純熱仿真技術(shù)359
8.7.3電熱耦合仿真技術(shù)361
8.7.4電熱力耦合仿真技術(shù)363
8.7.5疲勞和壽命仿真技術(shù)363
8.8寬禁帶器件功率循環(huán)測(cè)試364
8.8.1SiC MOSFET功率循環(huán)測(cè)試364
8.8.2GaN HEMT功率循環(huán)測(cè)試368
8.9小結(jié)372
參考文獻(xiàn)372
第9章宇宙射線失效 376
9.1宇宙射線失效定義376
9.1.1宇宙射線來源376
9.1.2宇宙射線失效驗(yàn)證377
9.1.3宇宙射線失效形式379
9.2宇宙射線失效機(jī)理380
9.2.1宇宙射線失效模型380
9.2.2器件的基本設(shè)計(jì)規(guī)則381
9.2.3失效率模型382
9.3不同器件的失效特點(diǎn)385
9.3.1Si MOSFET385
9.3.2SiC MOSFET388
9.3.3IGBT389
9.4抗宇宙射線提升技術(shù)390
9.5小結(jié)392
參考文獻(xiàn)392
第10章未來發(fā)展趨勢(shì) 394