全包封功率器件中绝缘厚度测量的有效性分析

1 引言

随着国内外对电子整机安全性监管的加严，整机中全包封功率器件的需求越来越多，因为塑料封装的全包封功率器件在高绝缘性、高阻燃性方面符合中国国标《信息技术设备的安全》、美国阻燃材料标准ANSI/ UL94C等要求，同时具有良好的耐高压、抗干扰等优点。但是该器件初期在绝缘厚度的测量方面一直没有一个快速、有效、可信的测量方案，本文通过两种不同的绝缘厚度测量方案的比较和分析，找到一种新仪器测量方案可以应用到大批量生产中进行有效、快速地监控，从而保证全包封器件的高绝缘性。

2 实验条件及测量方案

选取封装后的8组TO220全包封器件样品，不需要对样品进行任何处理，首先选用一种无损测量的新仪器，通过磁感应的原理达到测量绝缘厚度的目的。然后对8组样品再采用物理断面切割、断面研磨、断面抛光处理后形成光滑的断面，有利于采用传统测量显微镜进行观察和测量，参见图1全包封器件剖面示意图，其中A、B两处为需要测量的绝缘厚度。

首先，根据图2所标识的塑封体背面A1、A2、B1、B2区域，分别代表了载片台打凹后背面四角典型区域跟塑封体背面之间的绝缘厚度，采用图3所示绝缘厚度测量新仪器的探头在塑封体背面标识区域内测量产品实际的绝缘厚度数据，记录在表1“两种绝缘厚度测量方案的数据比较表”中。

图1　全包封器件剖面示意图

图2　绝缘层厚度测量位置示意图

图3　绝缘层厚度测量仪器

然后，为了保证传统测量的全面性和准确性，在载片台两边A1-A2、B1-B2进行两次断面、研磨、抛光后测量四个绝缘厚度数据。在传统测量显微镜下对全包封功率器件最薄的A1-A2、B1-B2两处的绝缘厚度进行测量，记录在表1“两种绝缘厚度测量方案的数据比较表”中。

3 实验后的绝缘厚度数据分析

根据以上测量数据，确认双样本T检验和置信区间，具体如下：

1)双样本T检验和置信区间：新仪器测量A,传统测量A，两者的双样本T见表2：

表2　新仪器测量A与传统测量A的双样本T

差值=mu（新仪器测量A）- mu（传统测量A）

差值估计值：-2.75

差值的95%置信区间：（-7.59,2.09）

差值=0（与≠) 的T检验：

T值=-1.13 P值=0.262 自由度=78

两者都使用合并标准差=10.8826

评价：两种测量方案的箱线图图4和直方图图5所示图形正常，P值=0.262>0.05说明新仪器测量和传统测量在A处的绝缘厚度数据之间没有显著区别。

图4　箱线图（A处）

图5　直方图呈正态（A处）

2)双样本T检验和置信区间：新仪器测量B,传统测量B，两者的双样本T见表3：

表3　新仪器测量B与传统测量B的双样本T

差值=mu（新仪器测量B）- mu（传统测量B）

差值估计值：-3.79

差值的95%置信区间：（-10.39,2.81）

差值=0（与≠）的T检验：

T值=-1.14 P值=0.256 自由度=78

两者都使用合并标准差=14.8284

评价：两种测量方案的箱线图图6和直方图图7所示图形正常，P值=0.256>0.05说明新仪器测量和传统测量在B处的绝缘厚度数据之间没有显著区别。

图6　箱线图（B处）

图7　直方图呈正态（B处）

图8　箱线图（平均）

图9　直方图呈正态（平均）

3)双样本T检验和置信区间：平均（新仪器测量）,平均（传统测量），两者的平均双样本T见表4：

表4　平均（新仪器测量）与平均（传统测量）的双样本T

差值=mu（平均（新仪器测量））- mu（平均（传统测量））

差值估计值：-3.27

差值的95%置信区间：（-8.46,1.91）

差值=0（与≠) 的T检验：

T值=-1.26 P值=0.213 自由度=78

两者都使用合并标准差=11.6467

评价：两种测量方案的箱线图图8和直方图图9所示图形正常，P值=0.213>0.05说明新仪器测量和传统测量在A、B两处的平均绝缘厚度数据之间没有显著区别。

综上所述，采用新仪器测量和传统测量两种方法所测量的绝缘层厚度数据经过有效性分析后，P值均大于0.05，表明新仪器测量和传统测量在A、B两处绝缘厚度值数据之间没有显著区别，说明新仪器测量完全可以替代传统测量。

4 结束语

通过对新仪器测量方案的试验数据及其有效性分析，判定新仪器测量的数据是有效的。传统的绝缘厚度测量方案虽然比较直观、准确，在产品开发初期测量少量样品还能满足工程需求，但是对在线产品进行日常监控耗时太长、测量效率太低，不能及时在线监控品质状况。而采用新仪器测量方案，可以快速、高效地获得即时绝缘厚度的质量状况，对产品质量的监控、生产产能的有效发挥起到非常积极的作用，从而满足和促进全包封功率器件的大规模生产。

参考文献

[1]张华洪,鄢胜虎,TO-220FS封装产品的研发和制造[J].电子与封装,2011.

[2]张少芳,方逸裕,TO-220F封装电子器件的开发与制造[J].电子元器件应用,2009.

[3]石海忠.T公司高绝缘性功率器件封装项目可行性研究[D].兰州理工大学,2014.

石海忠（1969—），男，江苏南通人，硕士，高级工程师，获中科院大学集成电路工程硕士学位，多年来主要从事于POWER器件的新品开发，多次参与国家、省市项目的申报和研发，多次获得省市技术进步奖和国内发明专利，主要研究方向：封装工艺的开发和应用。

南通富士通微电子股份有限公司 石海忠 吴 晶 蒋 伟

【摘要】近年来由于全包封功率器件在安全性、抗干扰等方面的优势而得到快速发展，而其绝缘厚度的传统测量效率影响了在线质量监控的及时性。文中重点对新仪器测量进行了对比试验、分析，发现新仪器测量跟传统测量一样有效，但是新仪器测量的效率得到大大提高，有效满足了大批量生产中绝缘厚度的在线监控。

【关键词】绝缘厚度；测量；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

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