随着微型化的发展，微型功率整流器件的封装越来越小，不断减小的芯片与框架上焊接区的位置误差越来越大。当整流芯片为1.5 mm(60 mil)时，由于现在的装、焊模具对于其定位精度已足够高。几乎不用考虑芯片与上下引线框架的非同轴误差和上下引线间的间隙误差。而当芯片尺寸减小到0.75 mm(30 mil)时，这两种误差就不能忽视了。偏位的芯片和较大的装配间隙会造成焊接不良、封装应力，影响使用中的可靠性。可以通过提高装焊模具的配合精度来提高芯片在装焊过程中的定位精度，并以此来保证焊接质量。对于偶然出现的焊接不良的器件，虽然用常规的验证电特性的测试方法不能将其淘汰掉，但可借助于测试Zth(瞬态热阻)的方法将其筛选出来。瞬态热阻的定义为，由脉冲耗散功率所引起结的温升与该功率之比。当固定脉冲功率条件并用测试热敏电压的方法来确定瞬态热阻时，瞬态热阻与热敏电压的增量成正比。因此，在同一条件下评价热敏电压的增量与评价瞬态热阻是等价的。本文给出了一种新的测试方法，对器件进行筛选时可大大提高其工作的可靠性。

1 器件在脉冲功耗下的热响应分析

一般情况下，在表面贴装微型功率整流器件(SMD)的制程中均采用钎焊的方法将芯片与引线框架互连，最终形成图1所示的结构。对于整流二极管来说，对其施以脉冲电流即等效于施加了脉冲功率。当对一个二极管施加一个阶跃电流时，结温不会瞬间就达到与阶跃电流所造成的功耗相适应的稳态值，而需要经过一个暂态过程。暂态过程的时间依赖于器件的热时间常数。

通常，芯片与引出线的四周被导热率较低的塑封料包围，因此绝大部分的热量会通过引线传导到环境。功率流或热流的基本路径为：热源(pn结)→芯片的n区和p区→上下层焊料→正负极引线→PCB→环境。器件的内部和外部(器件与PCB)的焊接质量都会对瞬态热阻造成影响。当测试器件的瞬态热阻时，可只考虑内焊接(芯片与框架的焊接)质量的影响。这是因为瞬态热阻敏感于芯片与引线框架之间的焊接面积，由于某些原因(例如焊料空洞、芯片偏位)会造成焊接面积减小。未焊接的那部分面积将阻止芯片向框架传热。一般情况下，芯片的热时间常数比引线的小得多。因此，可选择合适的脉冲电流的强度和宽度对器件进行瞬间加热，加热电流的脉冲宽度应大于芯片的热时间常数而小于引线的热时间常数。在这样的条件下，仅芯片和靠近pn结一侧的焊接界面(芯片的p区台面与框架的焊接面)被加热。此界面的面积即对瞬态热阻构成了重大影响。焊接面积越小，瞬态热阻越大，在施加一个固定幅度、宽度的脉冲电流后，结的温升也就越高，与此相对应的热敏电压的增量也越大。可以对热敏电压增量△VFm设置一个上限，超过此上限时可认为被测样品是焊接面积过小或接近开路的不良品。

2 测试方案

2.1 基本测试条件的确定

确定测试方案就是确定一套最为合理的测试条件。本测试使用专用测试仪器TRR8000(绍兴科盛电子有限公司研制)，该仪器可测试给定的额定电流IF条件下的正向电压VF、给定测试电流Im条件下在加热前后的热敏电压VFm1和VFm2、运算并显示与结的温升相对应的VFm的增量△VFm=VFm1-VFm2。还可以设定加热电流的幅度IT与时间t、加热后VFm2测试前的延迟时间tD(见图2)。

依据EIA／JESD51-1并考虑到被测产品典型的额定电流为IF=1 A，取其1％作为热敏电压测试电流即Im=10 mA；测试VFm2的延迟时间暂定为tD=400μs。

2.2 确定加热条件IT的实验

对焊接不良的器件，通过调整IT的幅度和宽度可以确定区分度最高的△VFm的条件。为此准备封装外形为SMA、额定电流为1 A、焊接质量不同的三组样品各100支，它们是a组：焊接良好，焊接面积最大；b组：焊接合格但焊接面积较小；c组：焊接不良，该组实际上只是机械接触而不是钎焊。三组样品典型的局部剖面见图3。在每个小图中，两边的铜引线框架与中间的芯片焊接在一起，作者所关心的是每个图中右边的焊点的质量。对这些样品所有的常规电参数的测试都是合格的。

将样品按下列步骤标示、测试、记录：①统一编号，a组编号为1～100，b组为101～200，c组为201～300；②选择加热电流分别为：IT=5、10、15、20、25 A，加热时间为t=50 ms；③分别按每个IT条件依编号顺序测试并记录△VFm(单位：mV)；④找出对应于每个IT的一组△VFm的极值列于表1中；⑤将对应于每个IT的三组△VFm数据合并后统一按升序排序。统计前100个数据中的每种样品的数量百分比并列于表2中。

理想情况下，对样品施加相同的加热条件时，△VFm在三组数据之间不应有重叠，如果合并该三组数据并进行升序排列，其自上而下的顺序应为a组、b组、c组，且组内连续。但实际上下做不到这样，因为焊接面积并不是△VFm唯一影响因素。

由表1可知，当IT=5 A时，三组△VFm的分布范围均有重叠，当IT=10、15、20 A时只有a组与b组、b组与c组之间的数据有重叠。如果目的是将a组留下，b、c组淘汰，只需将排序中的第101个△VFm作为判据，一旦出现大于等于此值的数据就将其剔除，这样就实现了筛选。而将其判为良品的前100个数据并不都属于a组。由表2可知，选择合理的IT可将c组完全剔出。但还会留下2％～3％的b组样品或者说淘汰了2％～3％的a组样品。这说明在△VFm分布的边界会出现误判。为保证产品质量在确定实际筛选条件时可以更严格些。

由表2可知，当IT=5 A时不能完全淘汰不良品，当IT=25 A时，符合本例要求的良品只有47％，说明这样的IT条件对不良品没有筛选能力。

考虑一种接近实际情况的分布：筛选前b组样品约占0.5％～1.5％，c组样品约占0.1％～0.5％，利用与以上类似的条件(例如IT=10～20 A)筛选后可以完全淘汰c组样品，而b组样品的比例将不会超过450×10-6。虽然b组样品的焊接面积比a组样品的焊接面积小但它也是合格的，因此筛选后的样品理论上不会出现焊接不良品。

2.3 确定实际测试方案的考虑

以上通过依据经验直接指定以及通过实验选定了测试条件，针对不同的产品，确定这些条件更复杂一些，需要考虑：①Im的选择要合适，太小会使电流密度严重不均匀，太大会给结造成明显加热，二者都会影响测试准确性。对于二极管一般可选择额定电流的1／1 000～1／100，本例中选择了Im=10 mA，与加热电流相比，它所导致的结的温升可忽略；②tD的选择考虑：在加热电流IT停止后，结温将按指数规律衰降，相应的△VFm亦应如此。在图4中应表现为直线2，但在最初阶段存在一个暂态过程，△VFm的实际变化为曲线1，直到B点二者才重合，此时暂态过程结束。显然在暂态过程中热敏电压VFm已严重偏离了与结温的线性关系。此过程中VFm已不能作为结温的指示参量。选择tD应使其大于暂态过程的时间。在上述实验中选择了tD=400μs，即选择tD=400 μs时的△VFm作为tD=0 μs时的△VFm的近似，考虑到所寻找的是一个筛选条件而非计算一个精确的结温，故这样的近似是允许的，实际上不会影响筛选结果；③选择加热电流IT的考虑，IT的选择应使结温在最高结温的80％～100％为宜，利用文献[1]附录B的方法取环境温度为25℃，以上各组实验平均结温估算见表3。

由于tD的原因，实际结温应比表3中的估算值稍高，假定最高结温为150℃，选择IT=10 A较为合适。该条件在用于自动化的测试、打印、包装过程中效果很好。

3 结论

将测试瞬态热阻的方法用于对焊接不良的产品的筛选是一种有效的筛选方法。在这一方法的应用中实际上默认了这样的前提：当给器件施加以相同幅度、脉宽的加热电流(恒脉冲电流)后在每个器件上产生的功耗(焦耳热=IT×VT×t)是相同的。这就要求在IT条件下每个器件的压降VT也必须相同。而VT依赖于器件的正向I-V特性，它一般为正态分布。如果VT分布的方差增大，当施以恒脉冲电流时，器件上功耗和△VFm的方差也将增大，这会导致筛选误差的增大。就目前的通过脉冲电流给结加热的测试方案来说，较适合于对肖特基整流二极管、普通整流二极管的筛选测试。因为两类产品的正向压降的分布较为集中。而对于像快速恢复(FR)、超快恢复(SF)一类的正向特性较离散的快速整流器件，如果仍采用此方法进行筛选测试，则应将其中的恒脉冲电流加热改成恒脉冲功率加热，这样将不会降低筛选精度。

[1]