标签: 半导体检测

碳化硅（SiC）作为第三代半导体的核心材料，凭借其高功率密度、优异的耐高温性能和高效的功率转换能力，在新能源汽车、5G通信、数据中心等领域展现出巨大的应用潜力。然而，先进封装的SiC功率模组在失效分析方面面临诸多挑战，尤其是在化学开封、X-Ray和声扫等测试环节，国内技术尚不成熟。基于此，广电计量集成电路测试与分析研究所推出了先进封装SiC功率模组失效分析技术，成功攻克了模组失效分析的全流程问题，填补了国内在该领域的技术空白，推动SiC功率模组的广泛应用。 攻克多样技术难题 建立全流程解决方案 针对先进封装SiC功率模组在失效分析中的技术难题，集成电路测试与分析研究所研发了针对SiC功率模组的化学开封技术、单芯片激光开封技术、器件减薄技术等多项创新方案，成功解决了模组开封后芯片电极完整性差、X-Ray和声扫测试困难等问题。 （1）化学开封技术： 通过在不同温度和配比条件下寻找最优的开封条件，确保芯片表面电极结构的完整性，解决了模组开封后芯片电极易损坏的难题。 （2）单芯片激光开封技术： 针对模组开封面积大的情况，提出单芯片激光开封和单方向腐蚀的方式，精准控制塑封料的腐蚀进程，最大程度保留芯片表面结构。 （3）器件减薄技术： 通过减薄器件，解决了先进封装模组在X-Ray和声扫测试中的难题，提升了测试的准确性和可靠性。 此外，团队还搭建了芯片失效分析数据库，将芯片的失效现象与失效逻辑相对应，成功攻克了模组失效分析的全流程问题，为SiC功率模组的可靠性评估提供了强有力的技术支持。 服务优势 扩展服务范围： 填补国内 先进封装SiC功率模组失效分析的 技术空白 ，提供全面的物理分析与失效分析服务。 提高检测效率： 通过激光开封精准控制与减薄技术， 缩短模组开封和测试时间 ，提升失效分析的效率。 提高检测精度： 采用物理减薄手段 优化X-Ray和声扫测试条件 ，提升检测分辨率与可靠性。 SiC功率模组全流程解决方案 助力产业升级 针对先进封装的SiC功率模组在失效分析方面的测试难点，广电计量建立了先进封装SiC功率模组失效分析技术，确保了测试的可靠性和精确性， 可广泛用于新能源汽车、5G通信、数据中心、第三代半导体等领域SiC功率模组的可靠性与失效分析。 集成电路测试与分析研究所 广电计量集成电路测试与分析研究所拥有各类高精尖分析仪器和专业技术团队，以技术引领市场，长期致力于元器件筛选及失效分析技术领域的科研和咨询服务，构建了包括元器件国产化验证与竞品分析、集成电路测试与工艺评价、半导体功率器件质量提升工程、车规级芯片与元器件AEC-Q认证、车规功率模块AQG 324认证等多个技术服务平台，满足装备制造、航空航天、汽车、轨道交通、5G通信、光电器件与传感器等领域的电子产品质量与可靠性的需求，能为客户提供专业化咨询、分析及培训等“一站式”服务，全面提升产品品质。

引言 氮化镓（GaN），作为一种具有独特物理和化学性质的半导体材料，近年来在电子领域大放异彩，其制成的氮化镓功率芯片在功率转换效率、开关速度及耐高温等方面优势尽显，在5G通信、新能源汽车、数据中心、消费电子等热门领域，发挥重要的作用。 面向中高功率市场的氮化镓半导体IDM 远山半导体是一家第三代半导体研发与生产企业，具备完整的“外延材料+芯片制造”自主核心技术与生产能力。公司以蓝宝石基氮化镓外延技术为基础，结合独有的PSJ芯片工艺，生产700V、1200V、1700V、3300V等多种规格的中高功率氮化镓外延材料与功率器件。其产品具有强大的电流塌陷控制能力，达到了极高的耐压等级，更好地服务于中高端功率市场，助推GaN市场规模高速增长。 攻克多样技术难题，铸就卓越技术品质 针对远山半导体D-Mode GaN HEMT器件的测试样品，广电计量完成了一系列静态和动态的参数测试。测试结果显示，远山半导体DFN封装形式的Gan HEMT器件通过了1200V高耐压测试，并且展现出了极低的界面电容、优良的热阻和极快的开关速度，同时克服了氮化镓器件容易发生的电流崩塌问题。各项性能指标均达到行业领先水平，意味着其产品在性能、质量和可靠性方面具备优势，有更强的市场竞争力。 在静态测试中，测试样品处于关断状态且漏源电压Vds达到1200V时，Idss仅为7.69*10-7A，静态电阻Ron=78mΩ；动态测试的数据同样优秀，如下图所示： 图1 漏源关断漏电流曲线图 图2 寄生电容与VDS电压关系曲线 随着功率增加热阻上升是功率器件普遍面临的问题。从本次瞬态热阻测试（见图3）可以看出该测试器件的表现与SiC产品相当，充分表明其 在高功率工作条件下的热管理性能出色 。 图3 瞬态热阻曲线图 图4开通波形 图5 关断波形 图6反向恢复波形 广电计量针对GaN HEMT器件的特性，设计了适合其器件性能的驱动系统。加载测试条件：VDS=600V VGS=-6/3V Rg（on）=1Ω Rg(off)=1Ω L=100uH。实际的测试结果：器件的开启延迟 Tdon 为 16.2ns，上升时间 Tr 为 9.8ns，关断延迟为Tdoff为 15.3ns，下降时间 Tf 为 10.7ns。测试器件 在高电压大电流下实现了极高的开关响应速度。 在动态电阻测试中，随着电压的上升，未出现快速的电阻升高，表明了本款氮化镓器件在高压下 未出现电流崩塌现象 。 需予以关注的是， GaN HEMT的开关速度明显快于Si和SiC mosfet，具有非常低的寄生成分。GaN开关具有非常短的延迟，速度极快，频率极高，且相较于等效的 Si 和 SiC 晶体管，具有更高的效率。倘若未加以注意，测试设备以及测量技术所引入的寄生元件，极有可能掩盖 GaN 器件参数，进而导致错误的测量结果。 针对此次动态性能测试所面临的挑战，广电计量深入探究氮化镓开关性能测试技术， 对测试布局予以优化，规避测试过程中长环路的引入，从高低侧电压测量以及电流传感器选取等方面着力 ， 成功攻克了本次测试的难点 。在进行开通关断能量测试时，需对真假损耗予以区分。在关断阶段，当栅源电压（VGS）小于阈值电压（VGS (th)）时，氮化镓处于不导通状态，负载电流（Iload）为 S2 的输出电容（Coss）充电，由此产生的输出电容储能损耗（Eoss）为无功功率，不属于真实损耗范畴。所测量的关断能量（Eoff）包含了 Coss 的充电能量损失，而此部分并非关断损耗的构成部分。 图7 漏电流路径示意图 远山半导体相关技术负责人表示：“与广电计量的合作是我们在氮化镓功率芯片质量管控道路上的一次重要突破。在我们的合作的过程中，广电计量对检测标准的严格把控和对细节的关注，让我们对芯片的质量有了十足的信心。通过他们的检测服务，证明了我们的芯片在电气参数稳定性和高温高压环境下的可靠性方面都达到了行业领先水平。这不仅提升了我们客户的满意度，也为我们公司在市场上树立了良好的品牌形象。我们衷心希望能与广电计量保持长期合作关系，共同探索更多提升芯片质量的方法和途径，为行业发展贡献力量。” 国内覆盖芯片种类最多、技术能力最全面的 第三方检测机构 广电计量检测集团股份有限公司是一家国有第三方检测机构，下设集成电路测试与分析事业部。作为工信部、发改委及广东省、江苏省和上海市支持挂牌的集成电路公共服务平台，广电计量是国内覆盖芯片种类最多、技术能力最全面的第三方检测机构，更是集成电路解决方案定制化设计及落地的合作方。 针对 SiC 功率器件的高压、高温、大功率等特点，广电计量采用全新的硬件设计方案及制板工艺成功实现高达 1000V 的 HV - HAST 和高达 225°C 的 HTXB 试验能力，充分验证 SiC 功率器件的极限工作稳定性；与 Si 相比，SiC MOSFET 可靠性评价急需采取专门开发的解决方案来应对挑战，率先建立了超越 Si 器件标准的可靠性测试能力，包括 HTRB/RB、H3TRB、HTGB/GB、HTFB 及 AC - HTC；针对 GaN 仍存在一系列 Si 器件的可靠性评估及测试无法覆盖的难题，广电计量建立的 GaN 验证平台不仅涵盖了标准鉴定能力，更重要具备对 GaN 器件内在故障机制触发方法的验证能力。 已完成MCU、AI芯片、安全芯片等上百个型号的芯片验证，并支持完成多款型号芯片的工程化和量产。 为国内三分之二的功率器件龙头企业提供参数测试、可靠性试验及失效分析。 在第三代半导体检测领域合作客户超过80家,样品数量三十余万只。

半导体产业的核心在于制造，制造的核心在于工艺，而工艺的核心是设备和材料。半导体其结构稳定，拥有卓越的电学特性，而且成本低廉，可被用于制造现代电子设备中广泛使用的场效应晶体管。 半导体设备行业与半导体行业密切相关，且市场规模波动幅度更大。长期来看，半导体行业将会保持旺盛生命力，作为产业链上游的半导体设备行业市场规模也会不断扩大。据SEMI统计数据显示，2021年全球半导体设备市场规模达1026.4亿美元，较2020年同比增长44.16%，预计2023年全球半导体设备市场规模将达1425.5亿美元，保持高速增长趋势。 数据来源：SEMI、中商产业研究院整理 半导体行业高度全球化，大量国家 /地区的企业在半导体生产的多个方面展开竞争，从半导体设计到制造，再到ATP(组装、测试和封装)。那么关于 半导体检测与量测技术区别，你了解多少呢？ 基础介绍 ● 检测指在晶圆表面上或电路结构中，检测其是否出现异质情况，如颗粒污染、表面划伤、开短路等对芯片工艺性能具有不良影响的特征性结构缺陷； ● 量测指对被观测的晶圆电路上的结构尺寸和材料特性做出的量化描述，如薄膜厚度、关键尺寸、刻蚀深度、表面形貌等物理性参数的量测。 检测和量测应用示意图，（资料来源：华经产业研究院） 市场占比 根据数据，2020年半导体检测和量测设备市场各类设备占比中，检测设备包括无图形晶圆缺陷检测设备、图形晶圆缺陷检测设备（可细分为微米级和纳米级）、掩膜检测设备等；量测设备包括三维形貌量测设备、薄膜膜厚量测设备（晶圆介质薄膜量测设备）、套刻精度量测设备、关键尺寸量测设备、掩膜量测设备等。 2020年全球半导体检测和量测设备细分设备规模及占比，资料来源：中科飞测招股书，华经产业研究院整理 技术分类 从技术原理上看，检测和量测包括光学检测技术、电子束检测技术和X光量测技术等。 （1）检测环节光学检测技术分类情况 在检测环节，光学检测技术可进一步分为无图形晶圆激光扫描检测技术、图形晶圆成像检测技术和光刻掩膜板成像检测技术。 资料来源：公开资料整理 （2）量测环节光学检测技术分类状况 在量测环节，光学检测技术基于光的波动性和相干性实现测量远小于波长的光学尺度，集成电路制造和先进封装环节中的量测主要包括三维形貌量测、薄膜膜厚量测、套刻精度量测、关键尺寸量测等。 资料来源：公开资料整理 随着集成电路器件物理尺度的缩小同时逐渐向三维结构发展，需要检测的缺陷尺度和测量的物理尺度也在不断缩小的同时三维空间的检测业在持续渗透。为满足检测和量测技术向高速度、高灵敏度、高准确度、高重复性、高性价比的发展趋势和要求，行业内进行了许多技术改进。 关于广电计量半导体服务 广电计量在全国设有元器件筛选及失效分析实验室，形成了以博士、专家为首的技术团队，构建了元器件国产化验证与竞品分析、集成电路测试与工艺评价、半导体功率器件质量提升工程、车规级芯片与元器件AEC-Q认证、车规功率模块AQG324认证等多个技术服务平台、满足装备制造、航空航天、汽车、轨道交通、5G通信、光电器件与传感器等领域的电子产品质量与可靠性的需求。