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一種功率半導體芯片測試用覆銅陶瓷基板.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410142703.8

申請日:

2014.04.10

公開號:

CN103954804A

公開日:

2014.07.30

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G01R 1/04申請日:20140410|||公開
IPC分類號: G01R1/04 主分類號: G01R1/04
申請人: 中國科學院電工研究所
發明人: 張瑾; 仇志杰; 溫旭輝
地址: 100190 北京市海淀區中關村北二條6號
優先權:
專利代理機構: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251 代理人: 關玲
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410142703.8

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2016.08.24|||2014.08.27|||2014.07.30

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種功率半導體芯片測試用覆銅陶瓷基板,自上而下依次為:上銅層(0101)、陶瓷層(0102)、下銅層(0103)。上銅層(0101)刻蝕有正電極區(0201)、公共電極區(0202)、負電極區(0203)、第一門極區(0204)、第二門極區(0205),以及門極橋接區(0206),六個電路區域之間有絕緣溝道(0209)。第一門極區(0204)位于上銅層(0101)的左端,第一門極區(0204)的上方和右方為正電極區(0201),第一門極區(0204)的下方為公共電極區(0202)。公共電極區(0202)的右側為負電極區(0203)。負電極區(0203)的左側及下方為公共電極區(0202),右側為第二門極區(0205)。門極橋接區(0206)位于負電極區(0203)內部,并且,門極橋接區(0206)位于覆銅陶瓷基板(01)的橫軸中心線上。

權利要求書

權利要求書
1.  一種功率半導體芯片測試用覆銅陶瓷基板,其特征在于,所述的覆銅陶瓷基板由三層結構組成,自上而下依次為:上銅層(0101)、陶瓷層(0102)、下銅層(0103);
上銅層(0101)的下方為陶瓷層(0102),陶瓷層(0102)的作用是實現上銅層(0101)與下銅層(0103)的電氣絕緣;
陶瓷層(0102)的下方為下銅層(0103),下銅層(0103)的作用是固定覆銅陶瓷基板;
所述的上銅層(0101)刻蝕有電路圖六個獨立的電路區域:正電極區(0201)、公共電極區(0202)、負電極區(0203)、第一門極區(0204)、第二門極區(0205),以及門極橋接區(0206);所述六個電路區域之間均刻蝕有絕緣溝道(0209);
所述的第一門極區(0204)位于上銅層(0101)的最左端,第一門極區(0204)的上方和右方為正電極區(0201),第一門極區(0204)的下方為公共電極區(0202);公共電極區(0202)的左側為正電極區(0201),公共電極區(0202)的右側為負電極區(0203);負電極區(0203)的左側及下方為公共電極區(0202),右側為第二門極區(0205);所述的門極橋接區(0206)位于負電極區(0203)內部,并且,門極橋接區(0206)位于覆銅陶瓷基板(01)的橫軸中心線上。

2.  根據權利要求1所述的功率半導體芯片測試用覆銅陶瓷基板,其特征在于,所述的第一門極區(0204)呈“凸”字形,該“凸”字形的凸出的區域用于連接第一待測芯片(03)的門極(0302);所述的公共電極區(0202)焊接有第二待測芯片(04);
所述的負電極區(0203)呈“L”形;
所述的第二門極區(0205)呈“凸”字形,“凸”字形的第二門極區(0205)凸出的區域用于連接門極橋接區(0206)。

3.  根據權利要求1所述的功率半導體芯片測試用覆銅陶瓷基板,其特征在于,所述的正電極區(0201)呈“L”形,其表面刻蝕有4個第一焊接區標識孔(0207),這4個標識孔為一組,用于指示第一待測芯片(03)的焊接位置;4個第一焊接區標識孔中,其中兩個分別位于正電極區(0201)“L”形長邊的兩個頂點處,其余兩個標識孔與所述的“L”形長邊兩個頂點處的標識孔以基板橫軸中心線(0212)為基準呈對稱分布,即第一焊接區標識孔(0207)的幾何中心位于基板橫軸中心線(0212)上。

4.  根據權利要求1所述的功率半導體芯片測試用覆銅陶瓷基板,其特征在于,所述的公共電極區(0202)呈“山”字形,其表面刻蝕有4個第二焊接區標識孔(0208),這4個 標識孔為一組,用于指示第二待測芯片(04)的焊接位置;4個第二焊接區標識孔中的兩個位于“山”字形公共電極區(0202)的長豎邊上,并且與位于正電極區(0201)“L”形長邊兩個頂點處的兩個第一焊接區標識孔處在一條水平線上,其余兩個第二焊接區標識孔與上面所述的兩個位于“山”字形公共電極區(0202)的長豎邊上的第二焊接區標識孔以基板橫軸中心線(0212)為基準呈對稱分布;并且,第二焊接區標識孔(0208)的幾何中心位于覆銅陶瓷基板(01)的幾何中心,即基板橫軸中心線(0212)與縱軸中心線(0213)的交點。

5.  根據權利要求1所述的功率半導體芯片測試用覆銅陶瓷基板,其特征在于,所述的第一待測芯片(03)、第二待測芯片(04)與覆銅陶瓷基板(01)互聯,組成半橋電路結構。

6.  根據權利要求1所述的功率半導體芯片測試用覆銅陶瓷基板,其特征在于,所述的第一待測芯片(03)及第二待測芯片(04)與覆銅陶瓷基板(01)互聯的方式如下:
1)第一待測芯片(03)的下表面焊接到第一焊接區的四個標識孔(0207)環繞而成的焊接區域,且焊接在該區域的中央位置處;
2)第二待測芯片(04)下表面焊接到第二焊接區的四個標識孔(0208)環繞而成的焊接區域,且焊接在該區域的中央位置處;
3)第一待測芯片(03)上表面的發射極(0301)通過4根鍵合線(0501)連接到“山”字形公共電極區(0202)的中央凸出部位,第一待測芯片(03)上表面的門極(0302)通過1根鍵合線(0502)連接到“凸”字形的第一門極區(0204)的凸出部位;
4)第二待測芯片(04)上表面的發射極(0401)通過4根鍵合線(0503)連接到負電極區(0203)“L”形長邊的凸出部位,第二待測芯片(04)上表面的門極(0402)通過1根鍵合線(0504)首先連接到門極橋接區(0206),然后從門極橋接區(0206)連接到“凸”字形第二門極區(0205)的凸出部位。

7.  根據權利要求1或5或6所述的功率半導體芯片測試用覆銅陶瓷基板,其特征在于,所述的第一待測芯片(03)和第二待測芯片(04)為功率半導體芯片。

說明書

說明書一種功率半導體芯片測試用覆銅陶瓷基板
技術領域
本發明涉及一種用于功率半導體芯片靜態及動態電氣參數測試的覆銅陶瓷基板。
背景技術
功率半導體芯片,如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)芯片、場效應晶體管(MOSFET)芯片、快恢復二極管(FRD)芯片等是生產功率半導體模塊產品的核心元件,它們的性能優劣直接決定了模塊產品的品質。功率半導體芯片在研發階段需要對其進行各項測試,其中以靜態及動態電氣參數測試最為關鍵。由于靜態電氣參數測試僅測試芯片的穩態電氣性能,因此對測試工裝的設計及測試線路長度要求并不高,測試人員可以通過普通導線或芯片探針臺將被測芯片接入半導體測試設備完成手動或全自動測試;但是對于動態電氣參數測試,在測試過程中高電壓及大電流往往同時存在,且產生極高的電流變化率,如果引線過長或測試工裝設計不當,測試回路上的雜散電感會激發出非常高的尖峰電壓,一旦尖峰電壓超過被測芯片的耐壓能力,將損壞被測芯片。因此,對芯片進行動態參數測試時,要求被測芯片與測試設備間的引線應盡可能短,回路雜散電感應盡可能小。
為了實現芯片的動態參數測試,通常都是將芯片封裝成模塊產品后,再利用專用工裝進行測試,如CN201886038U“一種優化設計的功率模塊測試夾具”。但是整個芯片的研發周期非常長,測試工作量巨大,如果采取先封裝后測試的方案,勢必要花費大量的封裝成本及時間成本。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術需要先將功率半導體芯片封裝成模塊產品然后再進行測試所帶來的封裝成本和時間成本高,以及測試回路雜散電感較大的缺點,提出一種功率半導體芯片電氣參數測試用覆銅陶瓷基板。使用本發明提出的覆銅陶瓷基板,并與專用測試工裝配合測試芯片,可以不必將芯片封裝成模塊即可實現電氣參數測試,特別是動態電氣參數測試,這樣一方面提高了芯片的測試效率,另一方面也大幅降低了芯片的測試成本。
本發明功率半導體芯片測試用覆銅陶瓷基板由三層結構組成,自上而下依次為上銅層、陶瓷層以及下銅層。上銅層的下方為陶瓷層,陶瓷層的作用是實現上銅層與下銅層的電氣絕緣。
陶瓷層的下方為下銅層,下銅層的作用是固定整塊覆銅陶瓷基板。
所述的上銅層刻蝕有電路圖形,包括六個獨立的電路區域:正電極區、公共電極區、負電極區、第一門極區、第二門極區,以及門極橋接區;六個獨立的電路區域之間均刻蝕有絕緣溝道。
門極橋接區位于負電極區的內部,與負電極區通過絕緣溝道實現彼此之間的絕緣,并且,門極橋接區位于整塊覆銅陶瓷基板的橫軸中心線上。
所述的第一門極區呈“凸”字形,“凸”字形凸出的區域用于連接第一待測芯片上表面的門極。第一門極區位于上銅層的最左端,第一門極區的上方和右方均為正電極區,第一門極區的下方為公共電極區。
正電極區焊接有第一待測芯片,公共電極區焊接有第二待測芯片。
所述的正電極區呈“L”形,其表面刻蝕有4個第一焊接區標識孔,這4個標識孔為一組,用于指示第一待測芯片的焊接位置。4個第一焊接區標識孔中,其中兩個分別位于正電極區“L”形長邊的兩個頂點處,其余兩個標識孔與所述的“L”形長邊兩個頂點處的標識孔以基板橫軸中心線為基準呈對稱分布。也即,第一焊接區標識孔的幾何中心位于基板橫軸中心線上。正電極區的左側為第一門極區,其右側及下方為公共電極區。
所述的公共電極區呈“山”字形,其表面刻蝕有4個第二焊接區標識孔,這4個標識孔為一組,用于指示第二待測芯片的焊接位置。4個第二焊接區標識孔中的兩個位于公共電極區“山”字形長豎邊上,并且與位于正電極區“L”形長邊的兩個頂點處的兩個第一焊接區標識孔處在一條水平線上,其余兩個第二焊接區標識孔與上面所述的兩個位于“山”字形公共電極區(0202)的長豎邊上的第二焊接區標識孔以整塊基板橫軸中心線為基準呈對稱分布。并且,第二焊接區標識孔的幾何中心位于整個覆銅陶瓷基板的幾何中心處。公共電極區的左側為正電極區,右側為負電極區。
所述的負電極區呈“L”形。由于第二待測芯片焊接到公共電極區后,第二待測芯片上表面的門極距離第二門極區較遠,因此負電極區的表面還刻蝕有門極橋接區,用于方便地將第二待測芯片的門極與第二門極區連接起來。門極橋接區位于負電極區的內部,與負電極區通過絕緣溝道實現彼此之間的絕緣,并且,門極橋接區位于基板橫軸中心線上。負電極區的左側及下方均為公共電極區,右側為第二門極區。
所述的第二門極區呈“凸”字形,“凸”字形凸出的區域用于連接門極橋接區。第二門極區位于覆銅陶瓷基板的最右側,其上方及左側均為負電極區,下方為公共電極區。
附圖說明
圖1覆銅陶瓷基板剖面結構示意圖;
圖2上銅層電路結構示意圖;
圖3半橋測試電路結構圖;
圖4待測芯片焊接位置示意圖;
圖5待測芯片與覆銅陶瓷基板互聯示意圖;
圖6第一待測芯片門極驅動回路示意圖;
圖7第二待測芯片門極驅動回路示意圖;
圖8覆銅陶瓷基板與測試工裝配合使用示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式進一步說明本發明。
本發明提出的功率半導體芯片測試用覆銅陶瓷基板,由三層結構組成,如圖1所示,自上而下依次為上銅層0101、陶瓷層0102以及下銅層0103。
上銅層0101的下方為陶瓷層0102,陶瓷層0102的作用是實現上銅層0101與下銅層0103的電氣絕緣。
陶瓷層0102的下方為下銅層0103,下銅層0103的作用是固定整塊覆銅陶瓷基板。
所述的上銅層0101刻蝕有電路圖形。如圖2所示,上銅層0101的電路圖形包括六個獨立的電路區域:正電極區0201,公共電極區0202,負電極區0203,第一門極區0204,第二門極區0205,以及門極橋接區0206,這些電路區域之間均刻蝕有絕緣溝道0209,為了起到良好的絕緣效果,絕緣溝道0209的寬度通常不小于1mm。
正電極區0201焊接有第一待測芯片03。公共電極區0202焊接有第二待測芯片04。
所述的第一門極區0204呈“凸”字形,“凸”字形凸出的區域用于連接第一待測芯片03的門極0302。第一門極區0204位于上銅層0101的最左端,其上方和右方均為正電極區0201,其下方為公共電極區0202。
所述的正電極區0201呈“L”形,其表面刻蝕有4個橢圓形第一焊接區標識孔0207,這4個標識孔為一組,用于指示第一待測芯片03的焊接位置。4個第一焊接區標識孔0207中的兩個分別位于正電極區0201“L”形長邊的兩個頂點處,其余兩個標識孔與所述的兩個“L”形長邊頂點處的標識孔以基板橫軸中心線0212為基準呈對稱分布。正電極區0201的左側為第一門極區0204,正電極區0201的右側及下方均為公共電極區0202。
第一焊接區標識孔0207的幾何中心0210位于覆銅陶瓷基板01的橫軸中心線0212上。
所述的公共電極區0202呈“山”字形,其表面刻蝕有4個橢圓形第二焊接區標識孔0208,這4個標識孔為一組,用于指示第二待測芯片04的焊接位置。4個第二焊接區標識孔0208中的兩個位于公共電極區0202“山”字形的長豎邊上,并且與位于正電極區0201“L”形長 邊的兩個頂點處的兩個第一焊接區標識孔處在一條水平線上,其余兩個第二焊接區標識孔與所述的兩個位于“山”字形公共電極區(0202)的長豎邊上第二焊接區標識孔以基板橫軸中心線0212為基準呈對稱分布。公共電極區0202的左側為正電極區0201,右側為負電極區0203。
第二焊接區標識孔0208的幾何中心0211為覆銅陶瓷基板01的幾何中心,即基板橫軸中心線0212與縱軸中心線0213的交點。
所述的負電極區0203呈“L”形。由于第二待測芯片04焊接到公共電極區0202后,第二待測芯片04的門極0402距離第二門極區0205較遠,因此負電極區0203的表面還刻蝕有門極橋接區0206,用于將第二待測芯片04的門極0402與第二門極區0205連接起來。負電極區0203的左側及下方均為公共電極區0202,右側為第二門極區0205。
所述的第二門極區0205呈“凸”字形,“凸”字形的第二門極區0205凸出的區域用于連接門極橋接區0206。第二門極區0205位于覆銅陶瓷基板01的最右側,其上方及左側為負電極區0203,下方為公共電極區0202。
如圖3所示,第一待測芯片03和第二待測芯片04可以是兩只主動型功率半導體芯片,如IGBT、MOSFET等;也可以一只是主動型元件,另一只是被動型元件,如FRD芯片。第一待測芯片03、第二待測芯片04與覆銅陶瓷基板01實現互聯后,組成圖3所示的半橋電路結構,以同時實現靜態及動態電氣參數測試。
第一待測芯片03及第二待測芯片04與覆銅陶瓷基板01實現互聯的方法如下:
1)第一待測芯片03的下表面通過釬焊焊接到第一焊接區的4個標識孔0207環繞而成的焊接區域,且焊接在該區域的中央位置處,如圖4所示。
2)第二待測芯片04下表面通過釬焊焊接到第二焊接區的4個標識孔0208環繞而成的焊接區域,且焊接在該區域的中央位置處,如圖4所示。
3)第一待測芯片03上表面的發射極0301通過4根鍵合線0501連接到“山”字形公共電極區0202的中央凸出部位,第一待測芯片03上表面的門極0302,通過1根鍵合線0502連接到“凸”字形第一門極區0204的凸出部位,如圖5所示。
4)第二待測芯片04上表面的發射極0401通過4根鍵合線0503連接到負電極區0203“L”形長邊的凸出部位,第二待測芯片04上表面的門極0402,首先通過1根鍵合線0504先連接到門極橋接區0206,然后從門極橋接區0206連接到“凸”字形第二門極區0205的凸出部位,如圖5所示。
需要進一步說明的是,由于第一待測芯片03焊接在了第一焊接區標識孔0207環繞而成的焊接區域的中央位置處,故第一待測芯片03的門極驅動回路路徑06如圖6所示;由于第 二待測芯片04焊接在第二焊接區標識孔0208環繞而成的焊接區域的中央位置處,故第二待測芯片04的門極驅動回路路徑07如圖7所示。如圖6和圖7所示,兩條回路路徑的周長完全相同,這樣就消除了由于驅動回路長度差異引起的兩只芯片測試結果的不同,這一點對于動態參數測試尤為重要。
使用本發明測試功率半導體芯片的步驟如下:
1.將承載有第一待測芯片03和第二待測芯片04的覆銅陶瓷基板01放入與之匹配的測試工裝08內,測試工裝08內部的多只彈簧探針0801分別與覆銅陶瓷基板01的上銅層0101的正電極區0201,公共電極區0202,負電極區0203,第一門極區0204以及第二門極區0205接觸,如圖8所示;
2.將測試工裝08的電極插頭0802連接到外部測試設備相應的測試端口;
3.使用外部測試設備對第一待測芯片03和第二待測芯片04進行測試;
4.測試完畢后,從外部測試設備上拔除測試工裝08,接著從測試工裝08內取出覆銅陶瓷基板01;
更換承載有新的待測試的第一待測芯片03和第二待測芯片04的覆銅陶瓷基板01,重復所述步驟1~4進行測試。

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