集成電路芯片封裝第十五講

1、封裝可靠性工程前課回顧2、氣密性封裝常用材料、氣密性封裝定義與近氣密性封裝陶瓷、金屬、玻璃3、金屬氣密性封裝的分類(lèi)平臺(tái)插入式、腔體插入式、扁平式和圓形金屬封裝 氣密性封裝是指完全能夠防止污染物的侵入和腐蝕的封裝形式；介于Full-Non：材料不同、工藝相同浴盆曲線(xiàn)失效率時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)企業(yè)測(cè)試 企業(yè)通常在芯片封裝完成后會(huì)進(jìn)行兩方面檢測(cè)：質(zhì)量測(cè)試和可靠性測(cè)試二者的區(qū)別？二者區(qū)別： 質(zhì)量測(cè)試產(chǎn)品的可用性，是否符合使用要求：非破壞性測(cè)試。 可靠性測(cè)試產(chǎn)品的耐用性：壽命和壽命合理性，通常為破壞性實(shí)驗(yàn)或?qū)Ξa(chǎn)品性能有影響的測(cè)試。可靠性測(cè)試項(xiàng)目 不同企業(yè)間的的可靠性測(cè)試類(lèi)型不完全相同，但所包含的測(cè)試項(xiàng)目基本一致

2、?？煽啃詼y(cè)試項(xiàng)目 各測(cè)試項(xiàng)目均有一定的針對(duì)性和具體操作方法，測(cè)試有一定的順序。各試驗(yàn)均采用隨機(jī)抽樣進(jìn)行測(cè)試，不同的企業(yè)采用的標(biāo)準(zhǔn)不盡相同：不同水準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)。熱致失效：長(zhǎng)時(shí)間高溫或溫度循環(huán)熱應(yīng)力來(lái)源：PCB制造過(guò)程中的熱沖擊或熱循環(huán) 組裝過(guò)程中的熱沖擊或熱循環(huán) 工作過(guò)程中的熱循環(huán)機(jī)械失效：過(guò)載與沖擊失效、振動(dòng)失效電子組裝失效機(jī)理 測(cè)試目的在于確定組裝完成的電路具有性能優(yōu)劣程度和壽命：失效主要出現(xiàn)在三個(gè)方面：【元器件、PCB和互連焊點(diǎn)】，從失效原因角度來(lái)看又分為機(jī)械失效、熱致失效和電化學(xué)失效，其中元器件失效以熱致失效為主。導(dǎo)電污染物引起橋連電化學(xué)腐蝕導(dǎo)電陽(yáng)極絲生長(zhǎng)-陰極孔洞錫（晶）須-Tin whi

3、skers失效機(jī)理-電化學(xué)失效預(yù)處理測(cè)試（Precon測(cè)試） 預(yù)處理的必要性：電子產(chǎn)品的成品與半成品在到達(dá)客戶(hù)之前有一段較長(zhǎng)時(shí)間間隔，且需要經(jīng)歷包裝和運(yùn)輸?shù)入A段的外界干擾，存在有潛在損壞產(chǎn)品的因素：國(guó)際合作化和代工加工 預(yù)處理測(cè)試是指在產(chǎn)品出廠(chǎng)前模擬產(chǎn)品達(dá)到客戶(hù)端前可能經(jīng)歷的實(shí)際階段，并將模擬后的產(chǎn)品用于后續(xù)可靠性試驗(yàn)的樣品。 預(yù)處理測(cè)試模擬了產(chǎn)品由芯片制造企業(yè)到最終用戶(hù)端的全過(guò)程，只有通過(guò)了Precon測(cè)試，產(chǎn)品才能進(jìn)入到后續(xù)測(cè)試項(xiàng)目。預(yù)處理測(cè)試（Precon測(cè)試）預(yù)處理測(cè)試流程產(chǎn)品抽樣檢查電氣性能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)T/C測(cè)試：模擬實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程水分干燥處理：模擬實(shí)際真空包裝恒溫放置吸濕模擬焊接：電氣

4、特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)測(cè)試越接近實(shí)際狀況，測(cè)試結(jié)果越有指導(dǎo)意義預(yù)處理模擬環(huán)境等級(jí) 加速試驗(yàn)不改變失效機(jī)理前提下,通過(guò)強(qiáng)化試驗(yàn)條件使受試產(chǎn)品加速失效,便于較短時(shí)間內(nèi)獲得必要信息評(píng)估產(chǎn)品在正常條件下的可靠性指標(biāo)。加速試驗(yàn)有助于產(chǎn)品盡早投放市場(chǎng)，但不能引入正常使用中不發(fā)生的故障模式。在加速試驗(yàn)中要單獨(dú)或者綜合使用加速因子，包括更高頻率功率循環(huán)、更高的振動(dòng)水平、高溫高濕、更嚴(yán)酷的溫度循環(huán)。 芯片測(cè)試常見(jiàn)產(chǎn)品問(wèn)題 預(yù)處理測(cè)試中常見(jiàn)芯片問(wèn)題：爆米花效應(yīng)、分層開(kāi)裂和電路失效等：隨工藝溫度提升，元器件吸入的潮氣在高溫作用下汽化并急劇膨脹，形成很大的壓力。爆米花現(xiàn)象（popcorn effect）高溫下，由于元器件吸收

5、過(guò)多潮氣產(chǎn)生的塑封體開(kāi)裂現(xiàn)象T/C測(cè)試 T/C測(cè)試即溫度循環(huán)測(cè)試，測(cè)試進(jìn)行時(shí)需要控制測(cè)試設(shè)備四個(gè)參數(shù)：熱腔溫度、冷腔溫度、循環(huán)次數(shù)和芯片停留時(shí)間。 各材料界面間隨環(huán)境溫度變化熱脹冷縮，進(jìn)而引起裂紋、脫層和電性能失效等。溫度循環(huán)測(cè)試脫層與開(kāi)裂模型解決方案：材料選擇匹配性要好；增加緩沖材料層T/S測(cè)試 T/S（Thermal Shock Test）測(cè)試指溫度沖擊試驗(yàn)，用來(lái)測(cè)試封裝體抗熱沖擊的能力。與溫度循環(huán)區(qū)別在于熱量的加載速度：驟冷驟熱。測(cè)試參數(shù)選擇及產(chǎn)品性能測(cè)試與溫度循環(huán)相類(lèi)似。HTS測(cè)試 HTS（High Temperature Storage）測(cè)試指測(cè)試樣品長(zhǎng)時(shí)間暴露于高溫環(huán)境下的耐久性試

6、驗(yàn)。將封裝產(chǎn)品放置在惰性氣體保護(hù)環(huán)境下測(cè)試其電性能和其他性能。 高溫下，半導(dǎo)體材料活化性增強(qiáng)，物質(zhì)間擴(kuò)散加?。簷C(jī)械特性差的材料易損壞?？驴线_(dá)爾空洞：物質(zhì)間擴(kuò)散-Al和Au 解決辦法：采用同種物質(zhì)連接電路；增加擴(kuò)散阻擋層；避免產(chǎn)品長(zhǎng)時(shí)間處于高溫環(huán)境。TS測(cè)試機(jī)理TH測(cè)試 TH測(cè)試常稱(chēng)為蒸煮測(cè)試，是測(cè)試芯片封裝體在高溫、潮濕環(huán)境下的耐久性試驗(yàn)。測(cè)試在等壓、恒溫、恒濕鍋體中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后測(cè)定封裝體電路通斷特性。塑封EMC（Epoxy Molding Compound）材料吸濕性強(qiáng)，內(nèi)部電路在潮濕環(huán)境下很容易漏電和短路?？赏ㄟ^(guò)改善材料成分控制吸濕性。PC測(cè)試 PC（Pressure Cooker）測(cè)試又稱(chēng)為高壓蒸煮測(cè)試，是在TH測(cè)試基礎(chǔ)上增加環(huán)境壓強(qiáng)以縮短測(cè)試時(shí)間，實(shí)驗(yàn)工具為“高壓鍋”。PC測(cè)試最后，同樣是測(cè)試產(chǎn)品的電路通斷特性，特別是LeadfFrame和EMC材料的結(jié)合處：采用UV光照射檢測(cè)。可靠性測(cè)試 可靠性測(cè)試的目的在于檢驗(yàn)封裝芯片的可靠度性能，一個(gè)良好的封裝體必須具有良好的耐濕、耐高溫能力，