功率半導(dǎo)體器件：封裝、測試和可靠性

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晶圓級測試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)動技術(shù)73
2.6.1柵極驅(qū)動的必要性及難點73
2.6.2柵極驅(qū)動的保護(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章器件特性測試 92
3.1器件靜態(tài)參數(shù)測試92
3.1.1測試標(biāo)準(zhǔn)分析92
3.1.2測試技術(shù)和設(shè)備93
3.1.3正向壓降測試94
3.1.4柵極漏電流測試95
3.1.5集射極阻斷特性測試95
3.1.6閾值電壓測試96
3.2器件動態(tài)參數(shù)測試97
3.2.1測試標(biāo)準(zhǔn)分析97
3.2.2測試技術(shù)和設(shè)備97
3.2.3測試參數(shù)分析98
3.2.4測試難點分析103
3.3器件熱學(xué)參數(shù)測試104
3.3.1熱阻的定義104
3.3.2熱阻測試標(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)溫測量 128
4.1結(jié)溫的定義128
4.2結(jié)溫測量方法129
4.2.1物理接觸法129
4.2.2光學(xué)測量法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基于動態(tài)特性的測試方法141
4.4.1時間測量141
4.4.2斜率測量141
4.5基于封裝特性的測試方法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短路能力測試158
5.2.1短路測試標(biāo)準(zhǔn)158
5.2.2短路特性介紹160
5.2.3短路測試原理162
5.2.4短路測試設(shè)備167
5.2.5短路保護(hù)技術(shù)170
5.2.6短路對封裝的影響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浪涌能力測試180
5.4.1浪涌能力測試標(biāo)準(zhǔn)181
5.4.2浪涌能力測試技術(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)境可靠性測試 197
6.1可靠性測試?yán)碚?97
6.2環(huán)境可靠性測試分類201
6.3機(jī)械振動202
6.3.1測試技術(shù)202
6.3.2測試設(shè)備203
6.3.3失效機(jī)理205
6.4機(jī)械沖擊205
6.4.1測試技術(shù)205
6.4.2測試設(shè)備206
6.4.3失效機(jī)理206
6.5溫度沖擊207
6.5.1測試技術(shù)207
6.5.2測試設(shè)備208
6.5.3失效機(jī)理209
6.6高低溫存儲210
6.6.1測試技術(shù)210
6.6.2測試設(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)力可靠性測試 214
7.1壽命可靠性測試分類214
7.2測試技術(shù)和設(shè)備215
7.3高溫柵偏測試216
7.3.1測試原理和方法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高溫反偏測試223
7.4.1測試原理和方法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高溫高濕反偏測試233
7.5.1測試原理和方法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)測試 252
8.1測試標(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)測試方法313
8.4.1測試技術(shù)313
8.4.2測試方法318
8.4.3測試設(shè)備323
8.5壽命模型分析334
8.5.1經(jīng)驗壽命模型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)測技術(shù)348
8.6數(shù)理統(tǒng)計理論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)測試364
8.8.1SiC MOSFET功率循環(huán)測試364
8.8.2GaN HEMT功率循環(huán)測試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)計規(guī)則381
9.2.3失效率模型382
9.3不同器件的失效特點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 394