全包封功率器件中絕緣厚度測量的有效性分析

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全包封功率器件中絕緣厚度測量的有效性分析

1 引言

隨著國內外對電子整機安全性監管的加嚴，整機中全包封功率器件的需求越來越多，因為塑料封裝的全包封功率器件在高絕緣性、高阻燃性方面符合中國國標《信息技術設備的安全》、美國阻燃材料標準ANSI/ UL94C等要求，同時具有良好的耐高壓、抗干擾等優點。但是該器件初期在絕緣厚度的測量方面一直沒有一個快速、有效、可信的測量方案，本文通過兩種不同的絕緣厚度測量方案的比較和分析，找到一種新儀器測量方案可以應用到大批量生產中進行有效、快速地監控，從而保證全包封器件的高絕緣性。

2 實驗條件及測量方案

選取封裝后的8組TO220全包封器件樣品，不需要對樣品進行任何處理，首先選用一種無損測量的新儀器，通過磁感應的原理達到測量絕緣厚度的目的。然后對8組樣品再采用物理斷面切割、斷面研磨、斷面拋光處理后形成光滑的斷面，有利于采用傳統測量顯微鏡進行觀察和測量，參見圖1全包封器件剖面示意圖，其中A、B兩處為需要測量的絕緣厚度。

首先，根據圖2所標識的塑封體背面A1、A2、B1、B2區域，分別代表了載片臺打凹后背面四角典型區域跟塑封體背面之間的絕緣厚度，采用圖3所示絕緣厚度測量新儀器的探頭在塑封體背面標識區域內測量產品實際的絕緣厚度數據，記錄在表1“兩種絕緣厚度測量方案的數據比較表”中。

圖1　全包封器件剖面示意圖

圖2　絕緣層厚度測量位置示意圖

圖3　絕緣層厚度測量儀器

然后，為了保證傳統測量的全面性和準確性，在載片臺兩邊A1-A2、B1-B2進行兩次斷面、研磨、拋光后測量四個絕緣厚度數據。在傳統測量顯微鏡下對全包封功率器件最薄的A1-A2、B1-B2兩處的絕緣厚度進行測量，記錄在表1“兩種絕緣厚度測量方案的數據比較表”中。

3 實驗后的絕緣厚度數據分析

根據以上測量數據，確認雙樣本T檢驗和置信區間，具體如下：

1)雙樣本T檢驗和置信區間：新儀器測量A,傳統測量A，兩者的雙樣本T見表2：

表2　新儀器測量A與傳統測量A的雙樣本T

差值=mu（新儀器測量A）- mu（傳統測量A）

差值估計值：-2.75

差值的95%置信區間：（-7.59,2.09）

差值=0（與≠) 的T檢驗：

T值=-1.13 P值=0.262 自由度=78

兩者都使用合并標準差=10.8826

評價：兩種測量方案的箱線圖圖4和直方圖圖5所示圖形正常，P值=0.262>0.05說明新儀器測量和傳統測量在A處的絕緣厚度數據之間沒有顯著區別。

圖4　箱線圖（A處）

圖5　直方圖呈正態（A處）

2)雙樣本T檢驗和置信區間：新儀器測量B,傳統測量B，兩者的雙樣本T見表3：

表3　新儀器測量B與傳統測量B的雙樣本T

差值=mu（新儀器測量B）- mu（傳統測量B）

差值估計值：-3.79

差值的95%置信區間：（-10.39,2.81）

差值=0（與≠）的T檢驗：

T值=-1.14 P值=0.256 自由度=78

兩者都使用合并標準差=14.8284

評價：兩種測量方案的箱線圖圖6和直方圖圖7所示圖形正常，P值=0.256>0.05說明新儀器測量和傳統測量在B處的絕緣厚度數據之間沒有顯著區別。

圖6　箱線圖（B處）

圖7　直方圖呈正態（B處）

圖8　箱線圖（平均）

圖9　直方圖呈正態（平均）

3)雙樣本T檢驗和置信區間：平均（新儀器測量）,平均（傳統測量），兩者的平均雙樣本T見表4：

表4　平均（新儀器測量）與平均（傳統測量）的雙樣本T

差值=mu（平均（新儀器測量））- mu（平均（傳統測量））

差值估計值：-3.27

差值的95%置信區間：（-8.46,1.91）

差值=0（與≠) 的T檢驗：

T值=-1.26 P值=0.213 自由度=78

兩者都使用合并標準差=11.6467

評價：兩種測量方案的箱線圖圖8和直方圖圖9所示圖形正常，P值=0.213>0.05說明新儀器測量和傳統測量在A、B兩處的平均絕緣厚度數據之間沒有顯著區別。

綜上所述，采用新儀器測量和傳統測量兩種方法所測量的絕緣層厚度數據經過有效性分析后，P值均大于0.05，表明新儀器測量和傳統測量在A、B兩處絕緣厚度值數據之間沒有顯著區別，說明新儀器測量完全可以替代傳統測量。

4 結束語

通過對新儀器測量方案的試驗數據及其有效性分析，判定新儀器測量的數據是有效的。傳統的絕緣厚度測量方案雖然比較直觀、準確，在產品開發初期測量少量樣品還能滿足工程需求，但是對在線產品進行日常監控耗時太長、測量效率太低，不能及時在線監控品質狀況。而采用新儀器測量方案，可以快速、高效地獲得即時絕緣厚度的質量狀況，對產品質量的監控、生產產能的有效發揮起到非常積極的作用，從而滿足和促進全包封功率器件的大規模生產。

參考文獻

[1]張華洪,鄢勝虎,TO-220FS封裝產品的研發和制造[J].電子與封裝,2011.

[2]張少芳,方逸裕,TO-220F封裝電子器件的開發與制造[J].電子元器件應用,2009.

[3]石海忠.T公司高絕緣性功率器件封裝項目可行性研究[D].蘭州理工大學,2014.

石海忠（1969—），男，江蘇南通人，碩士，高級工程師，獲中科院大學集成電路工程碩士學位，多年來主要從事于POWER器件的新品開發，多次參與國家、省市項目的申報和研發，多次獲得省市技術進步獎和國內發明專利，主要研究方向：封裝工藝的開發和應用。

南通富士通微電子股份有限公司 石海忠 吳 晶 蔣 偉

【摘要】近年來由于全包封功率器件在安全性、抗干擾等方面的優勢而得到快速發展，而其絕緣厚度的傳統測量效率影響了在線質量監控的及時性。文中重點對新儀器測量進行了對比試驗、分析，發現新儀器測量跟傳統測量一樣有效，但是新儀器測量的效率得到大大提高，有效滿足了大批量生產中絕緣厚度的在線監控。

【關鍵詞】絕緣厚度；測量；器件

Analysis of the Effectiveness of the Insulation Thickness Measurement of Full Packaged Power Devices

SHI Haizhong,WU Jing,JIANG Wei
（Nantong Fujitsu Microelectronics Co.,Ltd）

Abstract:In recent years due to the full packaged power device in safety and anti-interference advantages obtained rapid development,and the insulation thickness of the traditional measurement efficiency affected the on-line quality monitoring of timeliness.In this thesis,we focus on the new instrument measurement was performed comparative test,analysis, and find that the new instrument measurement is as effective as the traditional measurement,but the efficiency of the new instrument measurement is greatly improved that meet online monitoring mass production of insulation thickness.

Key words:insulation thickness;measurement;devices

作者簡介：