Dynex Semiconductor Ltd 成立于20世纪50年代，总部位于英国林肯，是一家在设计、开发和制造大功率半导体模块及功率组件方面享有盛誉的先驱企业。其专业设计的压接式双极器件、IGBT模块和功率组件被广泛应用于各种电力电子系统中。Dynex 致力于提高能效并降低环境影响，旨在以最少的浪费实现最佳效果。为了保持其高生产标准，Dynex 选择了尼康（Nikon）市场领先的 NEXIV VMZ-S3020 影像测量系统。
IGBT底板曲率检测难题：如何消除热界面空气腔隙？
大功率半导体模块，例如通常处理高达 6500V 电压和 3600A 电流的 IGBT（绝缘栅双极晶体管），在运行期间会产生大量热量，必须对其进行有效散热。其中至关重要的是安装电子元件的底板。该底板连接到散热器，必须形成厚度均匀的良好热界面，不能有滞留的空气（空气是不良导热体）或其他可能导致热点、高结温和可靠性降低的缺陷。因此，该底板在制造时会带有轻微的弧度，向远离电子元件的方向呈凸起状，以便能够以预定的扭矩在六个位置可靠地用螺栓固定在散热器上，从而确保其绝对平整。
尼康工业解决方案事业部（IDSBU）旗下 Nikon Metrology（尼康计量）的 NEXIV 系统，确保了 Dynex 生产的产品不会出现此类空气腔隙以及由此导致的性能下降或模块故障。现在，铝碳化硅金属基复合材料板的曲率（或弯曲度）的质量控制（QC）正借助尼康 NEXIV VMZ-S3020 Type 2 影像测量系统进行管理，该系统于2024年中期采购并安装。其成果是，将 Dynex 产品用于电动汽车、可再生能源、工业驱动、铁路牵引、电解及类似高功率密度应用领域的制造商，可以获得长期可靠性和峰值性能的保障。
底板中心到边缘的曲率差异最大可达 500 μm，在制造过程中必须将这一尺寸保持在严格的公差范围内。Dynex 最初的质控方法是使用接触式探针在曲面上进行手动位置检测。然而，该过程非常缓慢，且无法将 3D 空间中单个位置的测量精度控制在 ±10 μm 以内。那是在 2012 年之前，当时 Dynex 投资了其第一台尼康 NEXIV（型号为 VMR-3020），这台设备彻底改变了检测流程——它能够在 1 mm 的网格上全自动测量整个底板表面上多得多的点，且完全符合公差要求。它不仅是一种更精确的计量工具，还对底板的整体形状提供了更好的全方位评估。
Nikon NEXIV VMZ-S3020影像测量系统：2D+3D光学测量实现±10μm精度
十二年后，新型号VMZ-S3020 在 Dynex 取代了 VMR，进一步提升了质量控制水平，并使其在研发活动及排查生产线偶发问题时发挥了更大作用。对于后者，系统可为工厂人员生成书面报告和彩色热力图，以便他们按需采取补救措施。VMZ-S3020 具有 540 倍的双倍放大率，不仅提供高分辨率观察，还具备宽视场和长工作距离。此外，它的运行速度通常提高了 50%，且精度更高。
Dynex 项目经理 Mark Addlesee 评论道：“在对至少七家潜在的计量设备供应商进行了详尽的评估后，我们购买了最初的那台 NEXIV。鉴于该设备十多年来的卓越性能，以及供应商提供的良好培训、服务和持续支持，我们去年毫不犹豫地选择了这款升级版检测设备。”
“ 最新款 NEXIV 检测底板的速度极快，仪器的闲置时间已被投入到其他检验任务中。”
尼康的 NEXIV VMZ-S3020 Type 2 影像测量系统可为各种工业需求提供先进的 2D 和 3D 光学测量。在此应用中，它不仅测量 X 和 Y 轴上的特征，还借助专有的高分辨率线性编码器，在水平面上将载物台重复定位在光学测头下方，并使用先进的 TTL（通过镜头）激光自动对焦（AF）系统来确定每个点的高度。激光束直接穿过同一高品质尼康物镜进行投射，该物镜用于在数码相机（本例中为黑白型号）的高分辨率 CMOS 传感器上捕捉图像。测头在 Z 轴上同样精确的移动可确定反射激光束何时对焦，从而得出被测部件在该点的高度。
Dynex 正在检测的底板尺寸通常从 140 x 190 mm 到 70 x 137 mm 不等。以 1 mm 为间隔的高分辨率扫描最长需要一小时，但如果只需进行较粗略的检查（例如以 15 mm 为间隔），测量过程将显著加快。NEXIV 的高速度非常适合尼康 AutoMeasure 软件进行所需的数据快速采集，该软件负责处理基本的 2D 尺寸和 3D 高度测量。为了对点高度和表面形貌进行更高级的评估，CSV 数据会被传输到 Digital Surf 公司的 MountainsMap 表面分析软件中。Addlesee 先生指出，这种数据格式也能与 Dynex 的销售演示软件良好对接。Dynex 的工艺/开发工程师 Taylor Swain 同样对集成在 AutoMeasure 中的 Nikon Note 多媒体软件赞誉有加，该软件可作为支持和培训工具，有助于简化操作流程。
最新款 NEXIV 检测底板的速度极快，仪器的闲置时间已被投入到其他检验任务中。例如，IGBT 的 13.5 mm 方形裸片（半导体芯片）可以在运行中进行检查，以确认键合焊接到基板上的引线间距和高度是否在公差范围内。对于使用丝网印刷焊料的较小封装（如电阻器），则会检查其引线键合的齐平度。Swain 先生最近执行的另一项 QC 应用涉及 0.5 mm 的网格扫描，以表征新供应的用于双极晶闸管部件的 50 mm 直径上下盖的平整度和平行度。工厂内的其他工程师也纷纷询问是否可以检测组件的平面度和圆度，而这完全在 NEXIV 的能力范围之内。
一个特别有优势的功能是全面且可微调的照明系统，它甚至能扫描 Dynex 最棘手的表面，包括那些具有高反射率的表面。除了落射和透射照明外，物镜周围还配备了双环 LED 照明，其八个区段均可独立调节以改变入射角，从而优化对比度、最大程度减少眩光并突出被测部件上的特征。在 Dynex 使用 TTL 激光 AF 的主要用例中，激光操作虽与光线无关，但在测量开始前，照明有助于对齐部件。
Swain 先生评论道：“在某些区域拍摄高倍显微照片时，我经常使用并非常欣赏 NEXIV 软件中的拼接配置功能，它们可以将图像组合成一张包含感兴趣区域的单一高清图像。有一次，我们的胶水出现了硅油渗出的情况，该功能帮助我们界定了问题并找到了解决方案。”
Addlesee 先生总结道：“最新款的 NEXIV 及其前代产品具有大量不同的计量和检测功能，我们才刚刚开始触及 NEXIV 能力的皮毛。尼康非常乐意在培训日和其他活动中帮助我们扩展知识，并将他们的设备应用到其他合适的领域，我们非常期待这种持续的合作关系。”
