パワー・エレクトロニクスでのダイアタッチの熱性能を理解する方法

ON Semiconductorの目標は、高温および低温にさらされたときに最適に機能する、ワイド・バンドギャップ半導体などのパワー・エレクトロニクス部品を作成し、顧客に提供することです。このホワイトペーパーでは、過酷な温度によってデバイスが故障することがないようにするための試験手順と解決策について説明します。

温度変動により、はんだダイアタッチの亀裂や、ダイアタッチとダイの層間剥離、ダイアタッチの基板からの剥離が発生する可能性があります。これがドミノ効果のように温度上昇につながり、デバイスにさらに損傷を与え、完全な故障に至ります。

高度な試験ソリューションで熱性能を改善

ダイアタッチの熱インピーダンスに対するボイドの影響を評価するには、高感度の測定装置と、測定した全体の熱抵抗にどれほどダイアタッチが影響しているかを特定する方法が必要です。

熱構造関数解析は、パッケージ化されたデバイスの層の欠陥を、非侵襲的な方法で視覚的に見つけることができます。シーメンスのSimcenter POWERTESTERのツールは、電流、電圧、ダイ温度を測定し、構造関数解析を用いてパッケージ構造の変化や欠陥をドキュメント化できます。

POWERTESTER 1500Aは必要な測定精度を備わっているため、この試験に利用しました。Zth曲線の構造関数解析機能が統合されていることにより、熱インピーダンスのどの部分がダイアタッチメントに起因するかを特定できます。自動的に取得されたデータは、Simcenter T3STER Masterソフトウェアを使って解析しました。

パワー・エレクトロニクス独自の要件を満たすためのダイアタッチ・ソリューション

Simcenter POWERTESTER 1500Aで使用した方法は、JEDEC規格JESD51-14に準拠しています。これには、ダイを加熱し、ダイ温度を検出するための非侵襲的な電気的試験方法が記載されています。

JEDECは業界のリーダーとして、マイクロエレクトロニクス分野のオープンな規格を作成しています。ANSIの認定を受けたこの規制機関は、製品の互換性を保証し、市場投入までの時間を短縮し、業界、そして最終的には消費者の利益のために製品開発コストを削減しています。

試験

• デバイスの性能と信頼性の向上
• 製品寿命の長期化
• 市場投入期間の短縮
• コストの削減

このダイアタッチ熱性能に関するホワイトペーパーで学べる内容

ON Semiconductorが実施した試験を実例として

• ボイドのサイズ、位置、分布がパッケージの熱性能にどのように影響するか
• ジャンクションとケース間の熱抵抗を計算するための最も正確な方法とツールは何か
• ダイアタッチ層のボイドがジャンクションとケース間の熱抵抗に与える影響を解析する方法
• 温度対時間の導関数法を使用して、aからjまでの10個のサンプルを測定する方法

詳細は、ホワイトペーパーをダウンロードしてお読みください。