結構函數精密分析重要性大增

　　結構函數的數學運算相當復雜，但值得花時間了解這相關的技術。圖5是一個典型的模組堆疊層及其對應的結構函數示意圖。在功率循環測試時，高功率（最大 1，500安培）會輸入至元件來進行加熱，待穩態后則迅速關閉。依照JESD51-14標準，精細的（微伏）接點正向電壓變化會被量測紀錄下來，同時藉由復雜的數學演算來建立出結構函數。

　　圖5　典型的模組堆疊層及其對應的結構函數

　　功率電晶體接點所產生熱會經過各堆疊層，最終擴散到周圍環境中，而結構函數顯示出元件堆疊層的等效模型，同時亦表示熱傳導路徑上的熱阻和熱容特性。沿著圖中的黑色曲線可了解接點到周圍環境中的整體熱傳路徑，橫軸部分代表堆疊層的熱阻（如晶片焊點、基板焊點及導熱膏），其結構較薄，無法儲存太多熱量，但熱阻較大。相反地，曲線中相對垂直的部分，則代表有較大熱容的堆疊層（儲熱能力較高，同時也會產生一些熱阻），如基板。

　　結構函數會記錄元件在功率循環測試過程中的即時變化，當發現結構函數出現變化時，如圖6中所出現的較長的熱阻部分，這表示堆疊層中某一層（這里指的是基板焊錫層）發生變化。典型的熱阻顯著增加可能是因為堆疊層脫層或破裂的關系，因為空氣的熱傳導能力明顯低于變化前固體的熱傳導能力。

　　圖6　某層（灰線標注）熱阻的增加可能預示著該層脫層或破裂。

　　圖 7是個實際的例子。該測試中，每五千次的功率循環測試都會擷取一次結構函數。從測試開始到第一萬五千次功率循環測試后，線1所呈現的線形基本上不變，表明元件無任何失效或故障。在第二萬次功率循環測試后（線6），我們看到曲線有細微的偏差，這說明某層結構的熱阻開始升高。在之后的二萬五千、三萬和三萬五千次功率循環后，線型顯示某層結構出現顯著劣化，最后導致元件失效。藉由結合功率循環與即時監控結構函數的方式，可以觀察到失效的產生并確定失效的原因，毋須將元件從測試設備上取出，即能對測試結果進行分析診斷。

　　圖7　元件在功率循環測試三萬五千次后明顯失效

　　與傳統測試方法相比，此測試系統具有明顯的優勢。傳統方法須要反覆循環測試、拆卸元件、實驗室驗證等過程，非常耗時且無法確定故障原因。采用結合系統和結構函數的技術，用戶可設置測試順序，并自動執行指令，將一開始正常的元件進行測試，直至產品失效，并能即時觀察元件失效或故障的原因。此外，此設備可提供較大的電流，供應多個元件同時測試，從而提高處理能力，滿足產品樣本或品質測試的需求。

　　擺脫傳統測試方式弊病　結合功率循環/量測系統勢起

　　此測試設備可廣泛應用于供應鏈中的各廠商，如功率電子模組供應商在模組的設計階段可使用該測試設備。設計完成后的樣本生產過程中，同樣可使用功率測試設備來測試樣本的可靠性指標；若無法通過測試，則可對產品設計進行修改。此外，測試設備還能用來產生產品資料表上的可靠度規格，在生產過程的產品抽驗也能使用此設備。

　　初期元件供應商可使用功率測試設備，以驗證功率電子供應商所提供的可靠度規格，對原始設計進行測試。最后，高可靠度產品的制造商可藉此設備，以進行最終的合格性測試，保證公司產品的高品質。