激光穿刺半导体水汽含量采样方法及采样装置与流程

1.本发明涉及半导体水汽含量采样技术领域，具体而言，涉及激光穿刺半导体水汽含量采样方法及采样装置。


背景技术：

2.半导体密封腔体内部的水汽是造成电子元器件失效的主要原因之一。当电子元器件温度降到内部水汽露点以下时， 其凝露和结霜可能会引起触点的接触不良、漏电流急剧增加或反向击穿电压的下降。在一定条件下，作为介质，水汽会引起内部金属层、焊料和引线等的腐蚀。另外，水汽会使银、锡、铝等金属迁移，并生长金属须从而引发短路。此外，水汽会加速金铝键合焊点空洞的形成；在焊接和温度循环过程中，水汽还会造成元器件内部不同材料结合层的层离。
3.国内外因内部水汽含量高导致元器件批次性失效而严重影响整机可靠性的案例很多， 目前越来越多的军用标准和采购规范均规定100 ℃下的内部水汽含量不得超过5000 ppm，可以认为：水汽含量界限与贮存使用中密封元器件的失效和可靠性有着直接关系。
4.传统的穿刺手段基本上是针穿刺，这种方式不仅需要人工干预，而且也受限于半导体的器件，对于微小的精密器件，刺针很难做到良好的定位；同时，当器件外壳较厚时，还需要对外壳进行打磨，然后再进行穿刺，这样耗时耗力，并且控制不好打磨的厚度，给后续的测量带来了很大的不确定性。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种激光穿刺半导体水汽含量采样方法及采样装置，以改善相关技术中,采用针穿刺的方式进行水汽进行采样，定位困难，耗时耗力，不利于后续测量的问题。
6.为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了激光穿刺半导体水汽含量采样方法，具体包括如下步骤：s1、将被测半导体器件置于真空系统中；s2、激光穿刺被测半导体器件的外壳，被测半导体器件内部的水汽气氛扩散而出；s3、对泄露的气氛采样；s4、利用四级质谱分析仪对气氛的气体成分分析，获得被测半导体器件内的水汽含量。
7.在本发明的实施例中，所述s1中，真空系统构建的具体步骤为：s11、将被测半导体器件放入与真空腔体连通的位置校准器中；s12、调整位置校准器的位置，使得被测半导体器件所需穿刺的部位与真空腔室下部的激光穿刺器相对；s13、从真空腔室侧部对真空腔室进行抽真空操作，使得被测半导体器件处于真空
中。
8.本发明另提供一种激光穿刺半导体水汽含量采样装置，包括真空腔室，与所述真空腔室连通并放置被测半导体器件的位置校准器，设置在所述真空腔室下部的激光穿刺器，设置在所述真空腔室侧部并与四级质谱分析仪相连的抽真空管和传输气氛的进样管，所述位置校准器的下部与所述激光穿刺器的输出端相对。
9.在本发明的实施例中，所述抽真空管的中部安装有真空阀门，所述进样管的中部安装有针阀。
10.在本发明的实施例中，所述真空腔室的侧部连接有容纳保护气体通入的进气管，所述进气管的中部安装有保护气阀门。
11.在本发明的实施例中，所述真空腔室与所述进样管连通的管路安装有压力传感器。
12.在本发明的实施例中，所述位置校准器的上部安装有对被测半导体器件预热的加热器。
13.在本发明的实施例中，所述四级质谱分析仪包括与所述抽真空管和所述进样管连接的质量分析器，所述质量分析器的输出端电性连接有调谐器，所述调谐器的输出端与质谱仪控制器电性相连，所述质谱仪控制器与所述计算机电性相连；所述质量分析器的内部设置有离子源，所述质量分析器的侧部安装有对所述离子源排出电子进行处理的电子倍增器，所述电子倍增器电性连接有放大器，所述放大器与所述质谱仪控制器信号相连。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过上述设计的激光穿刺半导体水汽含量采样方法和采样装置，激光可以更方便的进行定位，改善手工定位不精准的问题；激光的发射强度便于利用电路调整，避免了手动操作针刺的动作，提高效率；激光基本不受限于被测半导体器件的尺寸，在兼顾性上有了大大的提升。
附图说明
15.图1为根据本发明实施例提供的激光穿刺半导体水汽含量采样方法的示意框图；图2为根据本发明实施例提供的激光穿刺半导体水汽含量采样方法的真空系统构建的具体步骤示意框图；图3为根据本发明实施例提供的激光穿刺半导体水汽含量采样装置的结构示意图；图4为根据本发明实施例提供的激光穿刺半导体水汽含量采样装置的真空腔室部分结构示意图；图5为根据本发明实施例提供的激光穿刺半导体水汽含量采样装置的采用阀门控制抽真空的流程示意框图。
16.图中：1、真空腔室；11、进气管；12、保护气阀门；13、压力传感器；2、位置校准器；21、加热器；3、激光穿刺器；4、四级质谱分析仪；41、质量分析器；42、调谐器；43、质谱仪控制器；44、计算机；45、离子源；46、电子倍增器；47、放大器；5、抽真空管；51、真空阀门；6、进样管；61、针阀。
实施方式
17.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
18.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
19.在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
20.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
21.另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。
22.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例
23.请参阅图1-图2，本发明提供了激光穿刺半导体水汽含量采样方法，具体包括如下步骤：s1、将被测半导体器件置于真空系统中；s2、激光穿刺被测半导体器件的外壳，被测半导体器件内部的水汽气氛扩散而出；激光发射到被测样件表面，激光在外壳表面进行刻蚀，进而把表面穿刺，使得内部气氛可以外泄而被采集。
24.s3、对泄露的气氛采样；s4、利用四级质谱分析仪对气氛的气体成分分析，获得被测半导体器件内的水汽含量。
25.请参阅2，s1中，真空系统构建的具体步骤为：s11、将被测半导体器件放入与真空腔体连通的位置校准器中；s12、调整位置校准器的位置，使得被测半导体器件所需穿刺的部位与真空腔室下部的激光穿刺器相对；s13、从真空腔室侧部对真空腔室进行抽真空操作，使得被测半导体器件处于真空中。
26.请参阅图3、图4和图5，本发明另提供一种激光穿刺半导体水汽含量采样装置，包括真空腔室1，与真空腔室1连通并放置被测半导体器件的位置校准器2，设置在真空腔室1下部的激光穿刺器3，设置在真空腔室1侧部并与四级质谱分析仪4相连的抽真空管5和传输气氛的进样管6，位置校准器2的下部与激光穿刺器3的输出端相对。具体使用时，通过将被测半导体器件放入与真空腔体1连通的位置校准器2中，调整位置校准器2的位置，使得被测半导体器件所需穿刺的部位与真空腔室1下部的激光穿刺器3相对，从真空腔室1侧部对真空腔室1进行抽真空操作，使得被测半导体器件处于真空中；激光穿刺被测半导体器件的外壳，被测半导体器件内部的水汽气氛扩散而出，通过进样管6对泄露的气氛采样，利用四级质谱分析仪4对气氛的气体成分分析，获得被测半导体器件内的水汽含量。
27.请参阅图3和图4，为了方便操作，在抽真空管5的中部安装有真空阀门51，进样管6的中部安装有针阀61；另外，在进行操作时，为了提供保护，在真空腔室1的侧部连接有容纳保护气体通入的进气管11，进气管11的中部安装有保护气阀门12；当然，在真空腔室1与进样管6连通的管路安装有压力传感器13，以检测压力是否满足需求。
28.如图5，在设置阀门后，抽真空的方式为：打开保护气阀门和进样管阀门；利用压力传感器监测入口压力；观察压力是否达到25mpa，为达到此数值，则继续监测直至压力达到25mpa；压力达到25mpa后，依次关闭保护气阀门、进样管阀门；打开真空阀门，进行抽真空操作，当真空度达到10-8
tor时，方可进行后续的采样动作。
29.当然，为了更加快速的进行穿刺，可在位置校准器2的上部安装有对被测半导体器件预热的加热器21，利用加热器21对被测半导体器件进行预热，以方便后续的穿刺。
30.如图3所示，在具体设置时，四级质谱分析仪4包括与抽真空管5和进样管6连接的质量分析器41，质量分析器41的输出端电性连接有调谐器42，调谐器42的输出端与质谱仪控制器43电性相连，质谱仪控制器43与计算机44电性相连；质量分析器41的内部设置有离子源45，质量分析器41的侧部安装有对离子源45排出电子进行处理的电子倍增器46，电子倍增器46电性连接有放大器47，放大器47与质谱仪控制器43信号相连。即可通过计算机44对四级质谱分析仪4进行控制，以便于后续采样结果的分析。四极质谱分析仪4可分辨2-200分子量的范围，对收集到的气氛进行气体成分的分析，然后对气体的含量进行定量测量，尤其是水汽含量。
31.需要说明的是：压力传感器13、位置校准器2、加热器21、激光穿刺器3、质量分析器1、调谐器42、质谱仪控制器43、计算机44、离子源45、电子倍增器46和放大器47的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。
32.压力传感器13、位置校准器2、加热器21、激光穿刺器3、质量分析器1、调谐器42、质谱仪控制器43、计算机44、离子源45、电子倍增器46和放大器47其供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。
33.综上所述：激光可以更方便的进行定位，改善手工定位不精准的问题；根据产品外壳的材质和厚度不同，可以设置不同的激光发射的时间和功率，激光的发射强度便于利用电路调整，避免了手动操作针刺的动作，提高效率；激光基本不受限于被测半导体器件的尺寸，在兼顾性上有了大大的提升。
34.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技
术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.激光穿刺半导体水汽含量采样方法，其特征在于，具体包括如下步骤：s1、将被测半导体器件置于真空系统中；s2、激光穿刺被测半导体器件的外壳，被测半导体器件内部的水汽气氛扩散而出；s3、对泄露的气氛采样；s4、利用四级质谱分析仪对气氛的气体成分分析，获得被测半导体器件内的水汽含量。2.如权利要求1所述的激光穿刺半导体水汽含量采样方法，其特征在于，所述s1中，真空系统构建的具体步骤为：s11、将被测半导体器件放入与真空腔体连通的位置校准器中；s12、调整位置校准器的位置，使得被测半导体器件所需穿刺的部位与真空腔室下部的激光穿刺器相对；s13、从真空腔室侧部对真空腔室进行抽真空操作，使得被测半导体器件处于真空中。3.激光穿刺半导体水汽含量采样装置，其特征在于，包括真空腔室（1），与所述真空腔室（1）连通并放置被测半导体器件的位置校准器（2），设置在所述真空腔室（1）下部的激光穿刺器（3），设置在所述真空腔室（1）侧部并与四级质谱分析仪（4）相连的抽真空管（5）和传输气氛的进样管（6），所述位置校准器（2）的下部与所述激光穿刺器（3）的输出端相对。4.如权利要求3所述的激光穿刺半导体水汽含量采样装置，其特征在于，所述抽真空管（5）的中部安装有真空阀门（51），所述进样管（6）的中部安装有针阀（61）。5.如权利要求3或4所述的激光穿刺半导体水汽含量采样装置，其特征在于，所述真空腔室（1）的侧部连接有容纳保护气体通入的进气管（11），所述进气管（11）的中部安装有保护气阀门（12）。6.如权利要求5所述的激光穿刺半导体水汽含量采样装置，其特征在于，所述真空腔室（1）与所述进样管（6）连通的管路安装有压力传感器（13）。7.如权利要求3所述的激光穿刺半导体水汽含量采样装置，其特征在于，所述位置校准器（2）的上部安装有对被测半导体器件预热的加热器（21）。8.如权利要求3所述的激光穿刺半导体水汽含量采样装置，其特征在于，所述四级质谱分析仪（4）包括与所述抽真空管（5）和所述进样管（6）连接的质量分析器（41），所述质量分析器（41）的输出端电性连接有调谐器（42），所述调谐器（42）的输出端与质谱仪控制器（43）电性相连，所述质谱仪控制器（43）与所述计算机（44）电性相连；所述质量分析器（41）的内部设置有离子源（45），所述质量分析器（41）的侧部安装有对所述离子源（45）排出电子进行处理的电子倍增器（46），所述电子倍增器（46）电性连接有放大器（47），所述放大器（47）与所述质谱仪控制器（43）信号相连。

技术总结
本发明公开了激光穿刺半导体水汽含量采样方法及采样装置，该激光穿刺半导体水汽含量采样方法，包括将被测半导体器件置于真空系统中，激光穿刺被测半导体器件的外壳，被测半导体器件内部的水汽气氛扩散而出；对泄露的气氛采样；利用四级质谱分析仪对气氛的气体成分分析，获得被测半导体器件内的水汽含量。本方案，激光可以更方便的进行定位，改善手工定位不精准的问题；激光的发射强度便于利用电路调整，避免了手动操作针刺的动作，提高效率；激光基本不受限于被测半导体器件的尺寸，在兼顾性上有了大大的提升。有了大大的提升。有了大大的提升。


技术研发人员：付济海 李慧 盖广晨
受保护的技术使用者：北京朗时云帆科技有限公司
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/7/22